Жизнь зародилась на Земле приблизительно 3,7 миллиарда лет назад, по другому источнику около 4,1 млрд лет назад. Развитие продолжается и по сегодняшний день. По всем предположениям, и в дальнейшем жизнь будет продолжаться, приспосабливаясь к окружающей среде, и наличие или отсутствие человека не сможет ее прервать.

Ученые Австралии обнаружили признаки жизни на суше, и им 3,5 млрд лет. Их находки дали подтверждение, что жизнь образовалась в пресных водоемах, а не в соленых источниках. Ученые обратили внимание на эти факты и ищут подтверждение им и на других континентах.

Основные виды жизни

К основным средам жизни относятся:

Каждая из сред обладает своими особенностями и содержит различные организмы, которые проживают, размножаются и эволюционируют.

Наземно-воздушная среда

Эту среду представляет все разнообразие растительной и животной жизни на Земле. Развитие органической жизни на суше позволило возникнуть почве. Дальше пошло развитие растений, лесов, степей, тундры и различных животных, адаптирующихся к разным средам обитания. В результате дальнейшей эволюции органического мира, жизнь распространялась на все верхние оболочки Земли – гидросферу, литосферу, атмосферу. Все живое развивалось и приспосабливалось к резким колебаниям температур и различным средам обитания. Возникли теплокровные и хладнокровные представители животной фауны, разнообразные птицы и насекомые. В наземно-воздушной среде растения приспособились к различным условиям произрастания. Одни любят светлые теплые участки, другие произрастают в тени и влажности, а третьи выживают при низких температурах. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней.

Водная среда

Параллельно развитию наземно-воздушной среды шло развитие и водного мира.

Водная среда представлена всеми водоемами, которые есть на нашей планете, начиная от океанов и морей, заканчивая озерами и ручейками. 95% поверхности Земли относится к водной среде.

Различные гигантские обитатели водной среды менялись и приспосабливались под волнами эволюции, адаптировались к среде обитания и принимали вид, наиболее увеличивающий выживаемость популяций. Уменьшились размеры, поделились ареалы распространения разных видов их сосуществования. Многообразие жизни в воде удивляет и восхищает. Температура в водной среде не подвержена таким резким колебаниям как в наземно-воздушной среде и даже в самых холодных водоемах не понижается ниже +4 градусов по Цельсию. В воде живут не только рыбы и животные, также вода изобилует различными водорослями. Только на больших глубинах они отсутствуют, там, где царит вечная ночь, идет совсем другое развитие организмов.

Почвенная среда обитания

К почве относится верхний слой земли. Смешение различных пород почвы с горными породами, останками живых организмов, образует плодородную почву. В этой среде нет света, в ней живут, а вернее произрастают: семена и споры растений, корни деревьев, кустарников, трав. В ней также есть мелкие водоросли. Земля представляет собой дом для бактерий, животных и грибов. Это основные ее обитатели.

Организм как среда обитания

К организмам можно прибавить и симбиоз (совместная жизнь).

Симбиоз растений и животных не угнетает хозяина, а выступает партнером в жизни. Симбиотические отношения позволяют выживать определенным видам растений и животных. Симбиоз — промежуток между союзом и слиянием организмов.

Ключевые понятия: среда - среда жизни - водная среда - наземно-воздушная среда - почвенная среда - организм как среда жизни

В предыдущих уроках мы часто говорили о "среде обитания", "среде жизни" и не давали этому понятию точного определения. Интуитивно мы понимали под "средой" все то, что окружает организм и так или иначе на него влияет. Влияния среды на организм - и есть экологические факторы, которые мы изучали на предыдущих уроках. Иными словами, среда жизни характеризуется определенным набором экологических факторов.

Общепризнанным определением среды является определение Николая Павловича Наумова:

СРЕДА - все, что окружает организмы, прямо или косвенно влияет на их состояние, развитие, выживание и размножение.

На Земле существует огромное разнообразие условий сред жизни, что обеспечивает разнообразие экологических ниш и их "заселение". Однако, не смотря это разнообразие, различают четыре качественно различные среды жизни, обладающие специфическим набором экологических факторов, а следовательно - требующих и специфического набора адаптаций. Вот эти среды жизни:

наземно-водушная (суша);

другие организмы.

Познакомимся с особенностями каждой из этих сред.

Водная среда жизни

По мнению большинства авторов, изучающих возникновение жизни на Земле, эволюционно первичной средой жизни была именно водная среда. Этому положению мы находим не мало косвенных подтверждений. Прежде всего, большинство организмов не способны к активной жизнедеятельности без поступления воды в организм или, по крайней мере, без сохранения определенного содержания жидкости внутри организма. Внутренняя среда организма, в которой происходят основные физиологические процессы, очевидно, по-прежнему сохраняет черты той среды, в которой происходила эволюция первых организмов. Так, содержание солей в крови человека (поддерживаемое на относительно постоянном уровне) близко к таковому в океанической воде. Свойства водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни.

Пожалуй, главной отличительной особенностью водной среды является ее относительная консервативность. Скажем, амплитуда сезонных или суточных колебаний температуры в водной среде намного меньше, чем в наземно-воздушной. Рельеф дна, различие условий на различных глубинах, наличие коралловых рифов и проч. создают разнообразие условий в водной среде.

Особенности водной среды проистекают из физико-химических свойств воды. Так, большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Удельная масса воды соизмерима с таковой тела живых организмов. Плотность воды примерно в 1000 раз выше плотности воздуха. Поэтому водные организмы (особенно, активно движущиеся) сталкиваются с большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп водных животных по этой причине шла в направлении формирования формы тела и типов движения, снижающих лобовое сопротивления, что приводит к снижению энергозатрат на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных групп организмов, обитающих в воде, - дельфинов (млекопитающих), костистых и хрящевых рыб.

Высокая плотность воды является также причиной того, что механические колебания (вибрации) хорошо распространяются в водной среде. Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных сигналов.

В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены обязательной связи с субстратом, которая характерна для наземных форм и связана с силами гравитации. Поэтому есть целая группа водных организмов (как растений, так и животных), существующих без обязательной связи с дном или другим субстратом, "парящих" в водной толще.

Электропроводность открыла возможность эволюционного формирования электрических органов чувств, обороны и нападения.

Наземно-воздушная среда жизни

Наземно-воздушная среда характеризуется огромным разнообразием условий существования, экологических ниш и заселяющих их организмов. Надо отметить, что организмы играют первостепенную роль в формировании условий наземно-воздушной среды жизни, и прежде всего - газового состава атмосферы. Практически весь кислород земной атмосферы имеет биогенное происхожение.

Основными особенностями наземно-воздушной среды является большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических адаптаций организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.

Атмосферный воздух воздух отличается низкой и изменчивой влажностью. Это обстоятельство во многом лимитировало (ограничивало) возможности освоения наземно-воздушной среды, а также направляло эволюцию водно-солевого обмена и структуры органов дыхания.

Почва как среда жизни

Почва является результатом деятельности живых организмов. Заселявшие наземно-воздушную среду организмы приводили к возникнвению почвы как уникальной среды обитания. Почва представляет собой сложную систему, включающую твердую фазу (минеральные частицы), жидкую фазу (почвенная влага) и газообразную фазу. Соотношение этих трех фаз и определяет особенности почвы как среды жизни.

Важной особенностью почвы является также наличие определенного количества органического вещества. Оно образуется в результате отмирания организмов и входит в состав их экскретов (выделений).

Условия почвенной среды обитания определяют такие свойства почвы как ее аэрация (то есть насыщенность воздухом), влажность (присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезоный, разногодичный ход температур). Термический режим, по сравнению с наземно-воздушной средой, более консервативный, особенно на большой глубине. В целом, почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни.

Вертикальные различия характерны и для других свойств почвы, например, проникновение света, естетсвенно, зависит от глубины.

Многие авторы отмечают промежуточность положения почвенной среды жизни между водной и наземно-воздушной средами. В почве возможно обитание организмов, обладающих как водным, так и воздушным типом дыхания. Вертикальный градиент проникновения света в почве еще более выражен, чем в воде. Микроорганизмы встречаются по всей толще почвы, а растения (в первую очередь, корневые системы) связаны с наружными горизонтами.

Для почвенных организмов характерны специфические органы и типы движения (роющие конечности у млекопитающих; способность к изменению толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых видов); формы тела (округлая, вольковатая, червеобразная); прочные и гибкие покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов. Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия - поедание трупов других животных, гниющих остатков и т.д.

Организм как среда обитания

Глоссарий

НИША ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ

положение вида в природе, включающее не только место вида в пространстве, но и его функциональную роль в природном сообществе, положение относительно абиотических условий существования, место отдельных фаз жизненного цикла представителей вида во времени (например, ранневесенние виды растений занимают вполне самостоятельную экологическую нишу).

ЭВОЛЮЦИЯ

необратимое историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, образованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

отличающася относительным постоянством состава и свойств среда, обеспечивающая протекание жизненных процессов в организме. Для человека внутренней средой организма является система крови, лимфы и тканевой жидкости.

ЭХОЛОКАЦИЯ, ЛОКАЦИЯ

определение положения в пространстве объекта по испускаемым или отражаемым сигналам (в случае эхолокации - восприятие звуковых сигналов). Способностью к эхолокации обладают морские свинки, дельфины, летучие мыши. Радиолокация и электролокация - восприятие отраженных радиосигналов и сигналов электрического поля. Способностью к этому виду локации обладают некоторые рыбы - нильский длиннорыл, гимарх.

1. Самые быстродвигающиеся животные живут в среде:

а) наземно-воздушной;
б) подземной (почва);
в) водной;
г) в живых организмах.

2. Назовите самое крупное животное, которое когда-либо существовало (и существует ныне) на Земле. В какой среде оно обитает? Почему в других средах обитания возникнуть и существовать такие крупные животные не могут?
(Ответ: синий кит. В водной среде выталкивающая (архимедова) сила позволяет значительно компенсировать силу тяготения.)

3. Объясните, почему в давние времена воины определяли приближение вражеской конницы, приложив ухо к земле.
(Ответ: проводимость звука в плотной среде (почва, земля) выше, чем в воздушной.)

4. Ученые-ихтиологи сталкиваются с серьезными проблемами при сохранении глубоководных рыб для музеев. Поднятые на палубу корабля, они в буквальном смысле слова взрываются. Объясните, почему это происходит.
(Ответ: на больших океанских глубинах создается колоссальное давление. Чтобы не быть раздавленными, организмы, живущие в этих условиях, должны иметь такое же давление внутри своего организма. При быстром поднятии на поверхность океана они оказываются «раздавленными изнутри». )

5. Объясните, почему глубоководные рыбы имеют либо редуцированные, либо гипертрофированные (увеличенные) глаза.
(Ответ: на большие глубины проникает очень мало света. В этих условиях зрительный анализатор должен быть либо очень чувствительным, либо он становится ненужным – тогда зрение компенсируется за счет других органов чувств: обоняния, осязания и др.)

6. Если смешать воду, песок, неорганические и органические удобрения, будет ли эта смесь почвой?
(Ответ: нет, т.к. почва должна иметь определенную структуру и в ее состав должны входить живые существа.)

7. Заполните пропуски, выбирая одно слово из пары в скобках.

(Ответ: не грозит, слабые, агрессивна, имеют, не имеют, не имеют, не имеют, большое.)

8*. В каких средах обитания животные имеют наиболее простое строение органа слуха (сравнивать необходимо близкородственные группы животных)? Почему? Доказывает ли это, что в этих средах животные плохо слышат?
(Ответ: в почве и воде. Это связано с тем, что проводимость звука в этих плотных средах наилучшая. Факт простой организации органов слуха этих животных не доказывает того, что они плохо слышат. Лучшее распространение звуковой волны в плотной среде способно компенсировать низкую организацию органов слуха.)

9. Объясните, почему постоянноводные млекопитающие (киты, дельфины) имеют гораздо более мощные теплоизоляционные покровы (подкожный жир), чем наземные звери, обитающие в суровых и холодных условиях. Для сравнения: температура соленой воды не опускается ниже –1,3 °С, а на поверхности суши она может падать до –70 °С.)
(Ответ: вода обладает значительно более высокой теплопроводностью и теплоемкостью, чем воздух. Теплый предмет в воде будет намного быстрее остывать (отдавать тепло), чем на воздухе.)

10*. Весной многие люди жгут пожухлую прошлогоднюю траву, обосновывая это тем, что свежая трава будет расти лучше. Экологи, напротив, утверждают, что это делать нельзя. Почему?
(Ответ: мнение о том, что после пала новая трава растет лучше, вызвано тем, что молодые проростки кажутся более дружными и зелеными на черном фоне пепелища, чем среди пожухлой травы. Однако это не более чем иллюзия. На самом деле во время пала многие побеги молодых растений обугливаются и их рост замедляется. В огне гибнут миллионы насекомых и других беспозвоночных, обитающих в подстилке и травянистом ярусе, уничтожаются кладки птиц, гнездящихся на земле. В норме органические вещества, составляющие пожухлую траву, разлагаются и постепенно переходят в почву. Во время пожара они сгорают и превращаются в газы, поступающие в атмосферу. Все это нарушает круговорот элементов в данной экосистеме, ее естественный баланс. Кроме того, сжигание прошлогодней травы регулярно приводит к пожарам: горят леса, деревянные постройки, столбы линий энергоснабжения и связи.)

Среды (места обитания), в которых живут организмы, разные. Выделяют четыре среды обитания - наземно-воздушную, водную, почвенную и организменную (тела других организмов).

Водная среда связана с водоемами: океанами, морями, реками, озерами и др. Воды в них разные, где-то стоячие, где-то с достаточно сильными течениями, соленые и пресные. Во многих водах мало кислорода и солнечного света. С глубиной наступает полумрак, а после 200 м глубины свет вообще отсутствует.

Поэтому растения в воде могут расти лишь на небольшой глубине, там куда еще проникает свет. Температура в водной среде не так резко меняется в течение года и суток. Отрицательной температуры воды не бывает, поэтому даже в самых холодных местах она составляет +4 °C.

Большинство водных растений - это водоросли. Однако среди водных встречаются и высшие растения.

В наземно-воздушной среде обитания растет подавляющее большинство растений и почти все высшие растения. Растения суши формируют леса и луга, степи и тундры и другие растительные сообщества. Особенностями наземно-воздушной среды являются большое количество воздуха и света, наличие ветра, во многих местах сильное колебание температуры и влажности в зависимости от времени года и суток.

Наземно-воздушная среда весьма разнообразна. Растения приспособлены к определенным условиям среды. Одни растут на хорошо освещенных участках, другие - в затененных. Одни растения не переносят холода и живут только в теплых широтах, другие - приспособлены к сезонным колебаниям температуры. Из-за такого разнообразия сред растения наземно-воздушной среды отличаются множеством различных форм.

Почвенная среда обитания находится в почве - верхнем плодородном слое земной коры. Почва образуется как смешение частиц распавшихся горных пород и остатков живых организмов (перегноя). Света здесь почти нет, поэтому в почве могут обитать только мелкие водоросли. Однако здесь находятся семена и споры растений, а также корни. Почвенная среда обитания населена в основном бактериями, животными и грибами.

Растения могут жить только в средах, к которым приспособлены. Если переместить растение в другую среду, то оно может погибнуть.

Поэтому когда человек выращивает культурные растения, он создает необходимые условия для их нормального роста и развития - поливает их, удобряет почву, избавляет от вредителей. Дикие же растения приспособлены к конкретным условиям окружающей среды.

Часто мы слышим такое выражение: «чувствую себя, как рыба в воде» и сразу понимаем, что говорящий имел в виду абсолютный комфорт.

Однако стоит отметить, что рыба способна обитать не в любой воде, а только в той, которая отвечает нескольким требованиям:

1. Содержание солей. Безусловно, любая вода содержит ионы солей, однако все зависит от концентрации. Если на килограмм приходится 1 грамм соли, то вода считается пресной, если 25 грамм соли, то жидкость уже солоноватая, если же больше, то мы имеет дело с соленой водой. Пресная вода содержит карбонаты, соленая – хлориды. Рыба может выбрать ту среду, которая ей больше по душе. Стоит отметить, что незначительные колебания солености не отразятся на жизнедеятельности беспозвоночных животных. Однако некоторые виды рыб могут существовать только в воде с определенным уровнем солености. К примеру, как только вода начинает опресняться, окуни гибнут.

2. Теперь о жесткости. Уровень жесткости зависит от того, какое количество растворенных минералов содержится в жидкости. От нее зависят и остальные свойства воды. Существует способ проверить жесткость в быту: если мыло не мылится в этой воде, то она очень жесткая. Считается, что наиболее жесткая вода – морская. Мягкая вода (как правило, пресная) не считается приемлемой для водных организмов, особенно рыб, так как содержит недостаточно кальция и магния. Также рыбам нужны железо и цинк, так как при их отсутствии может развиваться малокровие. Важные элементы – медь, марганец. Существует общий показатель жесткости, ниже которого она не должна опускаться – 1,8 мг.

3. Кислотная среда должна быть сравнительно однородной, так как резкая смена показателей может привести к гибели рыбы. Оптимальный показатель рН – от шести до восьми.

4. Как известно, рыбы могут жить в воде разной температуры . Интересно, что существуют такие рыбы, которые могут замерзать в холодной воде и оживать в нормальной. Однако что касается колебания температур, то это нежелательно явление для беспозвоночных животных. Дело в том, что температура тела рыбы на несколько десятых градуса выше, чем температура окружающей среды.
Температура играет большую роль не только в расселении, но и в жизненных функциях рыб. Существуют определенные показатели температуры, при которых рыбы могут вести нормальную жизнедеятельность. Некоторым видам приходится перемещаться на глубину и практическим впадать в спячку. Безусловно существуют некоторые разновидности, которые достаточно стойко переносят морозы, например, форель, лосось и др.

5. Метаболизм у рыб зависит от температуры воды. К примеру, если она будет больше пятнадцати градусов, то обмен веществ будет нарушен. Известно, что потребление того или иного количества кислорода зависит, главным образом, от строения жабр, так как именно они являются основным способом извлечения кислорода из соленой воды. Узнать о том, что рыбе не хватает кислорода, можно по ее поведению. Она начинает подплывать ближе к поверхности, иногда даже выпрыгивать. Оптимальный показатель кислорода в воде – 7 миллиграмм на литр.

---