Широкий диапазон толерантности вида по отношению к экологическим факторам обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври-» (от греч. eurys – широкий), а низкая экологическая валентность вида характеризуется приставкой «стено-» (от греч. stenos – узкий). Так, например, животные, способные выносить значительные колебания температуры, называются эвритермными , а в случае их неспособности к этому они называются стенотермными . Небольшие изменения температуры мало сказываются на эвритермных организмах, но могут оказаться гибельными для стенотермных. Экологически непластичные, т.е. маловыносливые виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобиотными , а более выносливые виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибиотными .

Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов и выживать в изменяющихся условиях среды за счет эволюционно возникших морфологических, физиолого-биохимических и поведенческих приспособлений называется адаптацией (от лат. adaptatio – приспособление).

Разные организмы характеризуются разной экологической валентностью, но диапазон толерантности организма может меняться даже при переходе из одной стадии развития в другую – например, молодые организмы часто оказываются более уязвимыми и более требовательными к условиям среды, чем взрослые особи.

Любой организм одновременно испытывает воздействие целого комплекса экологических факторов, связанных между собой и влияющих друг на друга, в связи с чем границы диапазона толерантности организма по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, в каком сочетании действуют другие факторы (например, жару и холод легче переносить при сухом, а не влажном воздухе). В результате взаимодействия экологических факторов может происходить их частичная компенсация, однако полностью заменить один из факторов другим нельзя, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением какого-то одного экологического фактора, то именно он становится решающим для жизни конкретных организмов (популяций), ограничивая (лимитируя) их развитие, в связи с чем его называют лимитирующим фактором . Еще в середине XIX века немецкий химик-органик Ю. Либих экспериментально доказал, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента (например, минеральных солей, влаги, света и т.п.) и назвал это явление законом минимума . Однако, как позже выяснил американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности , лимитирующим может быть не только недостаток (минимум), но и избыток (максимум) экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору.

Каждый вид организмов возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ее колебаниям и изменениям и дальнейшее существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде, соответствующей его генетическим возможностям адаптации. Резкое и быстрое изменение экологических факторов может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям, из-за чего коренные преобразования природы человеком могут быть опасны для многих видов живых организмов, в том числе и для него самого.

Разные организмы характеризуются разной величиной толерантности.

Экологические, факторы связаны между собой и влияют друг на друга.

Вывод: существует экологическое равновесие между живыми организмами и средой их обитания:

Один из основных факторов в экологии – химический фактор .

Экологическая химия – новый раздел химии, в котором рассматриваются химический состав и взаимодействия между основными компонентами и загрязнителями неорганического и органического происхождения в атмосфере, гидросфере, литосфере и их влияние на среду обитания и биосферу в целом.

Система – совокупность элементов (веществ, тел, объектов живой и неживой природы) со связями между ними, мысленно или реально выделенных из окружающего пространства.

Различают химические системы, физические системы, биологические (живые) системы, экологические системы и другие.

Биологическая система – это упорядоченная совокупность взаимозависимых живых компонентов, динамически взаимодействующих с неживой средой. Выделяют следующие основные уровни организации биологических систем: молекулярный (генный), клеточный, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.

Иерархическая организация биосистем, более простые из которых входят в состав более сложно организованных, проявляется в эмерджентности (от англ. emergent – внезапно возникающий), когда по мере объединения в более крупные системы следующего уровня, у них возникают качественно новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем.

Экологическая система (экосистема) – система, в которой организмы и среда их обитания объединены в единое функциональное целое через обмен веществ и энергии; любая совокупность организмов и окружающей их среды. Экосистема – основная функциональная единица в экологии.

Более конкретно,экосистема – это сообщество живых организмов - биоценоз (от греч. bios – жизнь и koinos – общий) и его среда обитания – биотоп (от греч.topos - место), объединенные в единое функциональное целое. Обмен веществом, энергией и информацией связывает биотические и абиотические компоненты экосистемы таким образом, что она сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

К термину «экосистема », предложенному в 1935 г. английским биологом А. Тенсли для определения основной функциональной единицы живой природы, очень близок термин «биогеоценоз », который предложил в 1940 г. В.Н.Сукачев, и который в большей степени отражает структурные характеристики географического пространства, на котором развивается биоценоз.

Химическая система – совокупность веществ, между которыми происходят химические реакции с образованием новых веществ – продуктов реакции.

Физическая система – совокупность тел (веществ), между которыми не происходит химических взаимодействий; система, характеризуемая отсутствием химических реакций.

Кибернетическая система – система, способная воспринимать, хранить и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею с другими системами.

Общая экология изучает биологические системы начиная с организменного уровня и в зависимости от размерности этих систем в ней выделяют следующие разделы: аутэкология (уровень отдельных организмов), демэкология (уровень популяций) и синэкология (уровень экосистем).

Популяция - это совокупность организмов одного вида, обменивающихся генетической информацией и населяющих определенное ограниченное пространство в течение многих поколений. Популяция характеризуется рядом признаков, присущих группе в целом, а не отдельным ее особям: численностью, плотностью, рождаемостью, смертностью, возрастной структурой, распределением в пространстве, биотическим потенциалом и т.д.

Численность – число особей в популяции, которое зависит от биологического потенциала вида и внешних условий и может значительно изменяться во времени.

Плотность – число особей, приходящееся на единицу площади или объема. Оптимальная плотность – это такой уровень плотности, при котором совмещается рациональное использование территории и осуществление внутрипопуляционных функций. Поддержание оптимальной плотности - сложный процесс биологического регулирования, основанный на принципе обратной связи.

Половая структура популяции – соотношение особей женского и мужского пола в популяции, тесно связанное с ее генетической и возрастной структурой.

Возрастная структура популяции – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Темпы роста популяции определяются долей половозрелых особей в ней. Если процент неполовозрелых высок – это говорит о потенциальном увеличении численности популяции.

Генетическая структура популяции – соотношение в популяциях различных генов. Она отражает богатство генофонда популяции (совокупность генов всех особей популяции), который определяет общие видовые свойства, а так же особенности, возникшие в порядке приспособления популяции к определенным условиям среды.

Пространственная структура популяции – это распределение особей в пределах ареала, зависящее от особенностей организмов и среды их обитания. Оно может быть равномерным (характеризуется равным удалением особей друг от друга), диффузным (особи распределяются по территории случайно) или мозаичным (особи распределяются группировками, на определенном расстоянии друг от друга).

Рождаемость – число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени в результате размножения.

Смертность – число особей, погибших в популяции за единицу времени от всех причин.

Скорость роста популяции – изменение численности популяции в единицу времени. При отсутствии лимитирующих факторов среды удельная скорость роста (отношение скорости роста популяции к исходной численности) называется биотическим потенциалом . В природе под действием лимитирующих факторов, представляющих собой так называемое сопротивление среды , биотический потенциал никогда не реализуется полностью, составляя разницу между рождаемостью и смертностью в популяции.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Экология

Санкт петербургский государственный политехнический университет.. л н блинов н н ролле..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Экология
Опорный конспект лекций Основные понятия, термины, законы, схемы Для студентов заочной и дистанционной форм обучения Санкт-Петербург

Кривые выживания
Кривая 1 свойственна организмам, смертность которых в течении жизни мала, но резк

Схемы различных по открытости систем
Пример: Химическая система 1. Открытая 2. Замкнутая 3. Изолированная

Биоценоз, биотоп, биогеоценоз, окружающая среда
Живые организмы делят на три группы: растения, животные и микроорганизмы. Все растения, животные и микроорганизмы связаны между собой и не могут существовать друг без друга. Совок

Структура биогеоценоза
Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурнымсходством. В кажд

Атомные и молекулярные частицы
Атомные частицы – частицы, состоящие из одного атома. Каждая атомная частица представляет собой систему взаимодействующих элементарных и фундаментальных частиц, состоящую из ядра и

Атмосфера
Атмосфера – газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы – воздух

Особенности химических процессов в атмосфере
1. Большинство химических реакций инициируются не термически, а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света, полученных в результате излучения Солнца. 2. Атмосфера Земли – окислитель

Гидросфера
Гидросфера– водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота водохранилища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледники

Природная вода
Природная вода– это раствор многих веществ, в том числе солей, газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из них находятся во взвешенном состоянии. В большинстве

Качество природной воды
Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.), химические (жесткость, активная реакция, окисляе

Особенности химических процессов в гидросфере
К особенностям химических процессов в гидросфере можно отнести: 1. Многообразие форм химических соединений: присутствуют все классы органических и неорганических веществ;

Основной элементный состав земной коры
Элемент Содержание, мас.% Кислород 49,13 Кремний 26,00 Алюми

Некоторые особенности биосферы
1. Биосфера – закономерный продут эволюции планеты Земля. 2. Биосфера Земли – большая (глобальная) открытая система, у которой на входе – поток солнечного излучения, а на выходе – минералы

Средний элементный химический состав живого вещества суши
Элемент Содержание, % от живой массы Элемент Содержание, % от живой массы O M

Накопление живым веществом
Элемент Концентрируется при фотосинтезе, т Мировые запасы сырья, т Элемент Концентрируется при фотосинтезе, т

Основные функции живого вещества в биосфере
Функции Краткая характеристика процессов Энергетическая Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, химической энергии

Взаимодействие веществ в оболочках планеты
Рассмотрим взаимодействие между оболочками планеты на примере атмосферы.

Природные ресурсы
Природные (естественные) ресурсы – важнейшие компоненты окружающей среды, которые используют для создания материальных и культурных потребностей общества. К природным ресу

Виды минерального сырья и их запасы
Виды сырья Запасы минерального сырья начало 1981 г. начало 2000г. Уголь, млн. т

Загрязнение и загрязнители окружающей среды
Загрязнение – превышение в окружающей среде многолетнего уровня физических, химических, биологических агентов или привнесение в окружающую среду (или возникновение в ней) не характ

За год на планете: ~ 100 тысяч гроз, 10 тысяч наводнений, около 100 тысяч пожаров, землетрясений, ураганов, оползней, несколько сотен извержений вулканов. За 1 сильное землетрясение из нед

Некоторых соединений
SO2 – сжигание угля, нефтепродуктов H2S – химические производства, очистка сточных вод CO – автотранспорт CO2 – различные процессы сжиган

Токсичность
Токсичность – свойство веществ вызывать отравление организма. Характеризуется дозой (концентрацией) вещества, вызывающей ту или иную степень отравления. Различают токсическую

Пищевые добавки
Большинство экологических проблем порождается людьми, их образом жизни в локальной среде обитания, которая в большинстве случаев является городской. В течение двух последних столетий произошли глоб

Органические соединения и пищевые добавки
Состояние пищевых добавок в продуктах: – полностью в неизменном вид

Экономические аспекты природопользования
Человечество развивало экономику преимущественно за счет хищнического использования природных ресурсов, игнорируя законы биосферы. В настоящее время осознание необходимости адаптации экономического

Экология и кибернетика
Сейчас все чаще для анализа ситуаций и процессов в одной области знаний привлекают модели и методы из других областей знаний, в частности из кибернетики. Причины: 1. Во многих нау

Различного уровня
Химическая система (Al + раствор Na2S) Изменением начального состояния м

Полезные мысли и высказывания
Ни один вид не может существовать в созданных им отходах. В.И.Вернадский У природы есть предел терпения. Когда людские злодеяния превышают меру, она начи

Основные документы экологического законодательства РФ
Конституция Российской Федерации; Федеральный закон «Об охране окружающей среды»; Земельный кодекс РСФСР; Лесной кодекс РФ; Водный кодекс РФ; Федеральны

Некоторых тяжелых металлов в воздухе
Элемент Вещество ПДК рз, мг/м3 ПДК сс, мг/м3 Свинец

Данные по ПДК некоторых веществ в водоемах
для общественного и бытового использования в странах СНГ, мг/л Вещество ПДК Вещество ПДК

По ПДК для некоторых металлов в питьевой воде
Металлы Рекомендации ВОЗ по безвредной для человека концентрации веществ в питьевой воде Допустимые поступления химических веществ в организм ч

Снабжения в различных странах
Вещества-загрязнители Норма РФ Рекомендации ВОЗ ФРГ Польша Чехия и Словакия

Некоторых химических веществ в почве
Вещество ПДК, мг/кг, почвы с учетом фона (кларка) Лимитирующий показатель Подвижные формы Кобальт

«Жизнедеятельность организмов» - Дыхание. Обмен веществ и энергии – характерный признак живого. Различают наружный и внутренний скелеты. Вода. С яйцеклеткой соединяется только один сперматозоид. В основе работы эндокринной системы лежит действие химических веществ - гормонов. Координация и регуляция. Холоднокровные. Рост и развитие растений.

«Развитие творческих способностей» - Не торопитесь находить произведение чисел. Провокация ошибки. Использование «Математического героя». Например, из чисел 12, 42, 51 и 69 составить несократимую дробь. «Игра с числами». Содержание: Магический квадрат. Два следующих раздела не отражены в данной презентации в связи с регламентом педсовета.

«Организм человека» - Железо. О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известно мало. Медь. С возрастом концентрация кремния в клетках падает. Фтор. Неметаллы как микроэлементы. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина. При приёме внутрь селен концентрируется в печени и почках. Кремний нужен для роста и развития скелета.

«Развитие интеллектуальных способностей» - Возможность дальнейшего развития проекта: Наличие проблемы: Мобилизующий этап урока. Познакомиться с музыкой и театром … … Возникновение публичных театров. Включение учащихся в учебный процесс с первой минуты урока. Рассмотрите рассыпанные буквы. Формирование знаний, умений по предмету. Развитие важнейших интеллектуальных качеств с помощью упражнений.

«Индивидуальное развитие организма» - Данные эмбриологии используют для воссоздания хода филогенеза. Первый спермий сливаясь с яйцеклеткой образует зиготу, из которой развивается зародыш. Внутреннее оплодотворение. Стадия дробления. Стадия бластулы. Стадии гаструлы и нейрулы. Учитель отвечает на вопросы учеников. Дайте определения. А – гаструлу Б – бластулу В – нейрулу Г - органогенеза.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Многообразие экологических факторов среды как совокупности соответствующего условия среды и его ресурса (запаса). Основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная. Абиотические, биотические и антропогенные экологические факторы среды.

реферат , добавлен 05.04.2011


Биотические (факторы живой природы), внутривидовое и межвидовое взаимодействие организмов. Действие основных прямодействующих абиотических факторов: температура, свет и влажность. Экологические группы растений в зависимости от требований к водному режиму.

презентация , добавлен 03.08.2016


Среды обитания и экологические факторы. Воздушная и водная среды, растение и тяжелые металлы. Адаптация растений к загрязнению атмосферы. Биотические и абиотические факторы. Влияние температуры и света на растение. Влияние растений на окружающую среду.

реферат , добавлен 19.06.2010


Понятие среды обитания. Ее экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные. Закономерности их воздействия на функции живых организмов. Приспособление растений и животных к изменению температуры. Основные пути температурных адаптаций.

реферат , добавлен 11.03.2015


Ознакомление с различными средами обитания организмов. Характеристика влияния различных факторов на организм. Экологические факторы как отдельные элементы среды обитания организма, взаимодействующие с ним. Причины возникновения приспособленности к средам.

презентация , добавлен 15.09.2014


Изменения экологических факторов, из зависимость от деятельности человека. Особенности взаимодействия экологических факторов. Законы минимума и толерантности. Классификация экологических факторов. Абиотические, биотические и антропические факторы.

курсовая работа , добавлен 07.01.2015


Понятие среды обитания как совокупности конкретных абиотических и биотических условий, в которых обитает данная особь, популяция, вид. Экологические последствия деятельности по отраслям производства и межотраслевых комплексов. Экологические факторы среды.

контрольная работа , добавлен 20.04.2015


Деятельность живых организмов. Основные абиотические и биотические факторы. Формы взаимодействия между живыми организмами. Классификация экологических факторов по степени адаптивности. Факторы неживой природы. Классификация по степени постоянства.

Биологический регресс - это эволюционное движение, при котором происходит сокращение ареала обитания; уменьшение численности особей из-за неприспособленности к среде обитания; снижение числа видов групп из-за давления других видов, исчезновение вида. Наука палеонтология доказала, что многие виды в прошлом полностью исчезли. Если при биологическом прогрессе некоторые виды развиваются и широко распространяются по всему земному шару, то при биологическом регрессе виды исчезают, не сумев приспособиться к условиям окружающей среды.

Причины биологического регресса: исчезновение способности организмов приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды.

Биологическому регрессу подвержены:

2. Животные, ведущие неподвижный образ жизни.

3. Животные, живущие под землей или в пещерах.

2. Примеры дегенерации у организмов, ведущих неподвижный образ жизни.

У животных, ведущих неподвижный образ жизни, орган движения действует только в период личиночной стадии, хорда редуцирована. Например, единственный представитель отдельного типа брахиата - погонофора - обитает на дне моря, ведет неподвижный образ жизни. В 1949 г. ученый-зоолог А. В. Иванов впервые нашел ее в Охотском море на глубине 4 км, она попала в сети вместе с рыбами. Удлиненное червеобразное тело животного покрывает трубка цилиндрической формы. В передней части тела имеются щупальца, которые периодически выходят из трубки наружу для дыхания. Тело состоит из трех отделов, в переднем отделе имеются щупальца (у некоторых видов их до 200-250), мозг, сердце, органы выделения. Второй отдел более крупный, третий - очень длинный. Во внутренней части отделов находятся органы дыхания, во внешней части - выросты, прикрепленные к трубке (рис. 34).

Рис. 34. Погонофора: 1-шупальца; 2- голова; 3-первый отдел тела; 4-второй отдел тела; 5-третий отдел тела; 6-чувствительные волоски; 7-задняя часть тела

У погонофоры имеются мозг и сердце, но рот и желудок редуцированы, органами дыхания являются щупальца. Из-за неподвижного образа жизни они не похожи на животных. Во внутренней части щупалец имеются длинные тонкие волоски, которые снабжены кровеносными сосудами. В воде волоски выходят из трубки, и к ним прикрепляются микроорганизмы. Когда их становится много, погонофоры затягивают волоски внутрь. Под влиянием ферментов мелкие организмы перевариваются и впитываются внутренними выростами.

Зачаточный кишечник у зародыша погонофоры доказывает наличие органов пищеварения у предков. Из-за прохождения процесса пищеварения вне организма органы пищеварения погонофор редуцировались.

Строение асцидии также упрощено в процессе эволюции из-за неподвижного образа жизни. Асцидия относится к одной из ветвей типа хордовых - оболочникам, обитающим в море (рис. 35).



Рис. 35. Асцидии

Мешковидное тело асцидии покрыто оболочкой, подошвой она прикреплена ко дну моря и ведет неподвижный образ жизни. В верхней части тела имеютсю два отверстия, через первое отверстие вода проходит в желудок, a из второго - выходит наружу. Органы дыхания - жаберные щели. Размножается откладыванием яиц. Из яйца развиваются подвижные похожие на головастиков, личинки с признаками хорды. Во взрослом состоянии асцидия прикрепляется ко дну моря, тело упрощается. Считается, что асцидия - сильно деградированное хордовое животное.

3. Примеры дегенерации животных, живущих под землей или в пещерах.

В пещерах бывшей Югославии и Южной Австрии обитает протей из класса
земноводных, похожий на тритона (рис. 36).



Рис. 36. Протей

Кроме легких по обе стороны головы у него имеются внешние жабры. В воде протеи дышат жабрами, на суше - легкими. Обитатели вод и глубоких пещер, они имеют змеевидную форму, прозрачны, бесцветны, без пигментов. У взрослых особей глаза прикрывает кожа, а у личинок имеются зачаточные глаза. Таким образом, у предков асцидии были глаза, и они вели наземный образ жизни. У пещерных организмов исчезли органы зрения, пигменты, снизилась активность.

У цветковых растений, перешедших в водную среду, листовые пластинки стали узкими, нитевидными, проводящие ткани перестали развиваться. Исчезли устьица, не изменились только цветы (лютик водяной, ряска, роголистник).

Генетической основой эволюционных изменений, ведущих к упрощению уровня организации, является мутация. Например, если сохранившиеся недоразвитые органы - рудименты, альбинизм (отсутствие пигментов) и другие мутации - не исчезают в процессе эволюции, то встречаются они у всех членов данной популяции.

Таким образом, выделяют три направления в эволюции органического мира. Ароморфоз - повышение уровня организации живых организмов; идиоадаптация - приспособление живых организмов к условиям окружающей среды без принципиальной перестройки их биологической организации; дегенерация - упрощение уровня организации живых организмов, ведущее к биологическому регрессу.

Взаимосвязь между направлениями биологической эволюции. Связь между ароморфозом, идиоадаптацией и дегенерацией в эволюции органического мира неодинакова. Ароморфоз по сравнению с идиоадаптацией происходит реже, но именно он знаменует новый этап в развитии органического мира. Ароморфоз приводит к возникновению новых высокоорганизованных систематических групп, которые занимают другую среду обитания и приспосабливаются к условиям существования. Даже эволюция идет по пути идиоадаптации, иногда и дегенерации, которые обеспечивают организмам обживание новой для них среды обитания.

Биологический регресс

Биологический регресс - уменьшение численности вида, сужение ареала, снижение уровня приспособленности к условиям среды.

1.Чем отличается биологический регресс от биологического прогресса?

2. Сколько путей имеет дегенерация?

3. Приведите примеры дегенерации у животных.

4. Каковы примеры дегенерации у растений?

Как вы объясните причины исчезновения корня и листьев у повилики?

Чем и как питается повилика? Образует ли она органическое вещество?

1. Объясните причины превращения листьев заразихи в чешую.

2. Разберите примеры дегенерации погонофор, ведущих неподвижной образ жизни.

3. Как переваривается пища у погонофор, если у них нет органа пищеварения?

4. Какие вы знаете организмы, ведущие неподвижный образ жизни? Опишите их.

Где обитает протей? Объясните на примерах дегенерации. Приведите примеры дегенерации у растений, живущих в водной среде. Напишите краткий реферат об ароморфозе, идиоадаптации, дегенерации.

Уровни приспособления организма к изменяющимся условиям. Каким образом организмы приспосабливаются к условиям окружающей среды? Существует несколько уровней, на которых протекает этот процесс. Клеточный уровень - один из важнейших.

Рассмотрим в качестве примера, как приспосабливается к условиям среды одноклеточный организм - кишечная палочка. Известно, что она хорошо растет и размножается в среде, содержащей единственный сахар - глюкозу. При обитании в такой среде ее клеткам не нужны ферменты, необходимые для превращения другого сахара, например лактозы, в глюкозу. Но если бактерии выращивать в среде, содержащей лактозу, то в клетках сразу начинается интенсивный синтез ферментов, превращающих лактозу в глюкозу (вспомните § 17). Следовательно, кишечная палочка способна перестраивать свою жизнедеятельность так, чтобы приспособиться к новым условиям среды. Приведенный пример относится и ко всем другим клеткам, включая клетки высших организмов.

Другой уровень, на котором происходит приспособление организмов к условиям окружающей среды, - тканевый. Тренировка приводит к развитию тканей и органов: у тяжелоатлетов - мощная мускулатура; у людей, занимающихся подводным погружением, сильно развиты легкие; у отличных стрелков и охотников - особая острота зрения. Многие качества организма могут быть развиты в значительной мере тренировкой. При некоторых заболеваниях, когда особенно большая нагрузка приходится на печень, наблюдается резкое увеличение ее размеров. Таким образом, отдельные органы и ткани способны отвечать на изменение условий существования.

Саморегуляция. Организм представляет собой сложную систему, способную к саморегуляции. Саморегуляция позволяет организму эффективно приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Способность к саморегуляции в сильной степени выражена у высших позвоночных, особенно у млекопитающих. Достигается это благодаря мощному развитию нервной, кровеносной, иммунной, эндокринной и пищеварительной систем.

Изменение условий с неизбежностью влечет за собой перестройку их работы. Например, нехватка кислорода в воздухе приводит к интенсификации работы кровеносной системы, учащается пульс, возрастает количество гемоглобина в крови. В результате организм приспосабливается к изменившимся условиям.

Постоянство внутренней среды при систематически меняющихся окружающих условиях создается совместной деятельностью всех систем организма. У высших животных это выражается в поддержании постоянной температуры тела, в постоянстве химического, ионного и газового состава, давления крови, частоты дыхания и сердечных сокращений, постоянном синтезе нужных веществ и разрушении вредных.

Поддержание относительного постоянства внутренней среды организма называют гомеостазом. Гомеостаз - важнейшее свойство целостного организма.

Обмен веществ - обязательное условие и способ поддержания стабильности организации живого. Без обмена веществ невозможно существование живого организма. Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой - неотъемлемое свойство живого.

Особую роль в поддержании постоянства внутренней среды играет иммунная (защитная) система. Русский ученый И. И. Мечников был одним из первых биологов, доказавших ее огромную важность. Клетки иммунной системы синтезируют специальные белки - антитела, которые обнаруживают и уничтожают все чужое для данного организма.

Влияние внешних условий на раннее развитие организмов. Способность к саморегуляции и к противостоянию вредным влияниям среды возникает у организмов не сразу. В течение эмбрионального и постэмбрионального развития, когда многие защитные системы еще не сформировались, организмы особенно уязвимы для действия повреждающих факторов. Поэтому и у животных и у растений зародыш защищен специальными оболочками или самим материнским организмом. Он либо снабжен специальной питающей тканью, либо получает питательные вещества непосредственно от материнского организма. Тем не менее изменение внешних условий может ускорить развитие эмбриона или затормозить его и даже вызвать возникновение различных нарушений.

Вредное влияние на развитие эмбриона человека оказывает употребление его родителями алкоголя, наркотиков, курение табака. Алкоголь и никотин угнетают клеточное дыхание. Недостаточное снабжение кислородом приводит к тому, что в формирующихся органах образуется меньшее количество клеток, органы оказываются недоразвитыми. Особенно чувствительна к недостатку кислорода нервная ткань. Употребление будущей матерью алкоголя, наркотиков, курение табака, злоупотребление лекарствами часто приводят к необратимому повреждению эмбриона и последующему рождению детей с умственной отсталостью или врожденными уродствами. Не меньшую опасность для развития зародыша представляет загрязнение среды обитания различными химическими веществами или облучение ионизирующей радиацией.

В течение постэмбрионального периода развивающиеся организмы также очень чувствительны к вредным воздействиям внешней среды. Это объясняется тем, что формирование систем поддержания гомеостаза продолжается и после рождения. Поэтому алкоголь, никотин, наркотики, являющиеся ядами и для взрослого организма, особенно опасны для детей. Эти вещества тормозят рост и развитие всего организма, а особенно головного мозга, что приводит к умственной отсталости, тяжелым заболеваниям и даже смерти.

Биологические часы. Далеко не всегда организмы жестко поддерживают характеристики внутренней среды на одном и том же уровне. Часто внешние изменения влекут за собой перестройку внутренней среды. Пример того - изменение физиологического состояния организмов в зависимости от изменений длины дня в течение года, или, как говорят, изменений фотопериодических условий.

У многих животных и растений, обитающих в умеренном климате, сезон размножения совпадает с увеличением длины светового дня. Изменение фотопериодических условий в данном случае - ведущий фактор. Сезонные ритмы наиболее ярко проявляются в смене покровов у деревьев лиственных лесов, смене оперения птиц и волосяного покрова млекопитающих, в периодических остановках и возобновлении роста растений и т. д.

Изучение явлений суточной, сезонной и лунной периодичности живых организмов показало, что все эукариоты (одноклеточные и многоклеточные) обладают так называемыми биологическими часами. Другими словами, организмы обладают способностью измерять суточные, лунные и сезонные циклы.

Известно, что приливно-отливные течения в океане вызываются влиянием Луны. В течение лунных суток вода поднимается (и отступает) либо дважды, либо один раз, в зависимости от района Земли. Морские животные, обитающие в таких периодически меняющихся условиях, способны измерять время приливов и отливов с помощью биологических часов. Двигательная активность, потребление кислорода и многие физиологические процессы у крабов, актиний, раков-отшельников и других обитателей прибрежных участков морей закономерно изменяются в течение лунных суток.

Ход биологических часов может перестраиваться в зависимости от изменившихся условий. Примером такого процесса является изменение ритмов многих физиологических функций: температуры тела, давления крови, фазы двигательной активности и покоя у человека, совершившего перелет из Москвы на Камчатку, где Солнце встает на 9 ч раньше. При быстром перелете на дальние расстояния перестройка биологических часов происходит не сразу, а в течение нескольких дней.

Суточные ритмы жизнедеятельности многих организмов определяются чередованием света и темноты: началом рассвета или сумерек. Скворцы за час до захода Солнца собираются в стаи в течение 10-30 мин и улетают в места ночевки за десятки километров. Они никогда не опаздывают благодаря своим биологическим часам, которые подстраиваются под Солнце. В целом суточная периодичность складывается в результате координации многих ритмов, как внутренних, так и внешних.

В ряде случаев причина периодических колебаний внутренней среды заключена в самом организме. Эксперименты над животными показали, что в условиях абсолютной темноты и звуковой изоляции периоды отдыха и бодрствования последовательно чередуются, укладываясь в промежуток времени, близкий к 24 ч.

Итак, колебания характеристик внутренней среды организма можно рассматривать как один из факторов, поддерживающих ее постоянство.

Анабиоз. Часто организмы попадают в такие условия среды, в которых продолжение нормальных жизненных процессов невозможно. В подобных случаях некоторые организмы могут впадать в анабиоз (от греч. «ана» - вновь, «биос» - жизнь), т. е. состояние, характеризующееся резким снижением или даже временным прекращением обмена веществ. Анабиоз является важным приспособлением многих видов живых существ к неблагоприятным условиям обитания. Споры микроорганизмов, семена растений, яйца животных - примеры анабиотического состояния. В отдельных случаях анабиоз может продолжаться сотни и даже тысячи лет, по прошествии которых семена не теряют всхожести. Глубокое замораживание спермы и яиц особо ценных сельскохозяйственных животных для их длительного хранения и последующего широкого употребления - пример использования анабиоза в практической деятельности людей.

1. Приведите примеры, подтверждающие приспособленность организмов к условиям среды на клеточном и тканевом уровнях.
2. Почему алкоголь, никотин, наркотики особенно вредны для эмбриона?
3. Как вы считаете, можно ли способность организмов измерять время и впадать в состояние анабиоза рассматривать как примеры саморегуляции? Ответ обоснуйте.
4. Как, по-вашему, можно использовать знания о биологических часах и анабиозе в практической деятельности?