Связь жизнидеятельности организма человека с окружающей средой. Связь организма человека с внешней средой и ее влияние на здоровье

Организм — биологическая система биосферы

Любое живое существо является организмом , отличающимся от неживой природы совокупностью определенных свойств, присущих только живой материи, — клеточной организацией и обменом веществ.

С современных позиций организм представляет собой самоорганизующуюся энергоинформационную систему, преодолевающую энтропию (см. п. 9.2) за счет поддержания состояния неустойчивого равновесия.

Изучение взаимосвязи и взаимодействия в системе «организм — среда», привели к пониманию того, что живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе. Они всецело зависят от окружающей среды и постоянно испытывают на себе ее воздействие. Каждый организм успешно выживает и размножается в конкретной среде обитания, характеризующейся относительно узким диапазоном температур, количеством осадков, почвенными условиями и т.д.

Следовательно, часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие, является их средой обитания. Из нее организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

Условия жизни , или условия существования, — совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Гомеостаз - самовозобновление и поддержание постоянства внутренней среды организма.

Живым организмам присуще движение, реактивность, рост, развитие, размножение и наследственность, а также адаптация. При обмене веществ, или метаболизме , в организме протекает ряд химических реакций (например, при дыхании или фотосинтезе).

Такие организмы, как бактерии, споеобны создавать органические соединения за счет неорганических компонентов — соединений азота или серы. Такой процесс называется хемосинтезом.

Обмен веществ в организме происходит только при участии особых макромолекулярных белковых веществ - ферментов , выполняющих роль катализаторов. В регулировке процесса метаболизма в организме ферментам помогают витамины и гормоны. Вместе они осуществляют общую химическую координацию процесса метаболизма. Метаболические процессы протекают на всем пути индивидуального развития организма — онтогенеза.

Онтогенез - совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом за весь период жизни.

Среда обитания организма — совокупность постоянно меняющихся условий его жизни. Земная биота освоила три основные среды обитания: , и почвенную вместе с горными породами приповерхностной части литосферы.

Живое органическое вещество на Земле, будучи чрезвычайно активным очагом специфической энергии, отличается вместе с тем исключительным разнообразием форм своего проявления.

Разнообразие этих форм есть результат длительного развития органического мира и приспособления его к изменчивой во времени и пространстве географической среде.

Организм неразрывно связан с окружающей средой и немыслим вне этой среды хотя бы уже потому, что одно из основных проявлений жизни (впрочем, не исчерпывающее собой качественной специфики жизненных процессов) есть обмен веществ. Другие признаки живого: чувствительность, подвижность, рост, развитие, размножение, наследственность, изменчивость. Существование всякого организма слагается из принятия и накопления вещества (ассимиляция) и выделения и траты вещества (диссимиляция). Среда - единственный источник веществ, из которых строит своё тело организм. Вне обмена веществ не может образоваться никакое вещество в организме. Взаимодействие живых тел со средой есть непременное условие их сохранения и бытия, в противоположность неживым телам, для которых взаимодействие со средой является условием их уничтожения.

Ассимиляция - это способность живого воспринимать, видоизменять и уподоблять себе вещества внешней среды. Животные ассимилируют главным образом вещества органической природы, растения - неорганической. Но в обоих случаях в процессе ассимиляции неживое превращается в живое, внешнее во внутреннее. Организм всё время строит себя из веществ внешней среды на свой лад.

Диссимиляция (распад) представляет другую сторону единого противоречивого процесса обмена веществ. Она служит источником энергии, за счёт которой идут биохимические реакции синтеза (ассимиляции) и все другие проявления жизнедеятельности (движение и т. д.), причём преобладают два типа источников энергии: реакции биологического окисления, лежащие в основе дыхания, и безокислительный распад преимущественно углеводов, т. е. реакции типа брожения. Важная особенность живой материи в том, что все биохимические реакции в обмене веществ протекают не в случайной, а в строго определённой последовательности, т. е. упорядочены во времени, связаны в целостную систему. Это и обеспечивает, при наличии прекращающегося распада, постоянство состава и строения организма.

Обмен веществ является основой всех жизненных процессов. Связь организма со средой предполагает соответствие организма условиям его существования, адаптацию (приспособление) организма к среде. Это и наблюдается в природе повсеместно, причём приспособление охватывает все свойства и особенности организмов - их форму, окраску, физиологические функции, поведение и т. д.- и помогает организму наилучшим образом использовать среду, избавиться от опасности, облегчить нападение на жертву, обеспечить не только жизнь, но и размножение.

В результате чего и каким образом выработались приспособления организмов к среде? Что является побудительной причиной образования и совершенствования форм животных и растений, т. е. причиной развития органического мира, перехода простых форм в более сложные?

Повседневное наблюдение и опыт свидетельствуют, что при размножении организмы воспроизводят из поколения в поколение только себе подобных. Эта биологическая инерция, свойство потомства сохранять признаки своих родителей называется наследственностью. Другое свойство организма - его биологическая пластичность, способность изменяться по сравнению с родителями - носит название изменчивости.

Изменчивость есть результат влияния внешней обстановки, а также результат корреляции между органами и функциям организма, в силу чего изменение одних влечёт изменение других. Наследственность же определяется как свойство живого тела требовать определённых условий для своей жизни, своего развития и определённо реагировать на те или иные условия. Если организм находит в окружающей его среде и ассимилирует то, что вполне соответствует его требованиям - он сохраняет сходство с родителями. Незначительные изменения среды, заключённые в некоторых сравнительно узких пределах, не меняют наследственности организма, так как не нарушают общего характера обмена веществ. Однако всякая серьёзная перемена условий жизни, вызываемая жизнедеятельностью самого организма или изменением окружающей обстановки, неизбежно влечёт изменение типа обмена веществ. При этом, поскольку вне обмена веществ нет жизни, организм должен либо погибнуть, либо приспособиться к новым условиям, т. е. измениться в соответствии с этими условиями, изменить свою наследственность.

Прибегая к переделке организмов, человек давно пользуется как изменчивостью, так и наследственностью. Накопление и создание человеком определённых, им самим избранных признаков в каком-нибудь животном или растении путём использования изменчивости и наследственности называется искусственным отбором, подбором, или селекцией. В селекции весьма крупную роль играет изменение человеком жизненных условий организма, изменение типа обмена веществ.

В природной обстановке, разумеется, действуют те же законы изменчивости и наследственности, однако здесь отбором управляет уже не человек, а борьба за существование, понимаемая в широком смысле как выживание наиболее приспособленных. В отличие от искусственного, отбор в природе, называемый естественным отбором, действует на пользу самого организма (а не человека).

Неизбежность естественного отбора вытекает из того, что в природе рождается особей данного вида больше, чем это позволяют наличные для их жизни условия. Правда, огромное число зародышей и особей погибает независимо от степени их приспособленности к среде (поедание икры хищными рыбами, гибель попавших в воду семян наземных растений, наводнения, пожары и другие стихийные бедствия). Вместе с тем огромное число особей, уцелевших от стихийной гибели, остаётся подверженным многим неблагоприятным условиям неодушевлённой природы, эпидемиям, нападению врагов, вынуждено бороться за пищу, свет, пространство, воду (в частности с представителями своего же вида, предъявляющего к окружающей обстановке аналогичные требования) и т. п. В этих условиях суждено сохраниться лишь тем: организмам, у которых есть признаки, доставляющие организму в создавшейся обстановке какое-нибудь преимущество для его существования и дальнейшего размножения. В результате изменчивости, наследственности и естественного отбора в пределах вида возникают разновидности. С течением времени признаки крайних разновидностей настолько расходятся, что из этих разновидностей образуются уже новые виды, а промежуточные разновидности, как менее приспособленные, вымирают в результате естественного отбора.

Таким образом, развитие органического мира имеет приспособительный характер. Многообразие форм живых существ - это многообразие форм приспособления, но приспособления относительного, временного, имеющего значение лишь в определённой жизненной обстановке. Меняется обстановка - прежняя приспособленность теряет своё значение.

Организм в самом себе не имеет никакого особого стремления к целесообразному изменению. Целесообразность в устройстве, функциях и поведении организма - это исторический результат длительного естественного отбора, а вовсе не изначальное свойство живой материи.

Приспособление организма к среде ярче всего выражено в пределах той области, в которой он обычно обитает. Перенесённый в другую обстановку, организм и к ней может приспособиться, но степень и характер этого приспособления в значительной мере зависят от биологической пластичности организма. Одни организмы в новой обстановке погибают, другие живут и размножаются, третьи живут, но не размножаются, что практически означает, что вид, к которому принадлежит данная особь, осуждён на гибель в новой обстановке, поскольку индивидуум не оставляет потомства. Одни организмы живут, сохраняя старые привычки, другие эти привычки меняют. Например, австралийский чёрный лебедь на родине гнездится в ноябре-декабре, а в зоопарках южной Украины в марте-апреле, т. е. в обоих случаях весной, но в разные месяцы года, в соответствии с течением климатических процессов в северном и южном полушариях.

Учение об естественном отборе может быть применено только в биологии. Оно не есть универсальная методология науки, его нельзя перенести на человеческое общество и законы развития этого общества.

«Организм и среда»

Введение

В процессе эволюции и напряженной борьбы за существование организмы освоили самые различные условия среды, и при этом сформировалось все современное разнообразие растений и животных, которое исчисляется примерно двумя миллионами видов. В свою очередь жизнедеятельность организмов оказала громадное влияние на неживую среду, которая усложнялась и эволюционировала вместе с развитием жизни.

Общая картина окружающей нас природы представляет не беспорядочное сочетание различных живых существ, а достаточно устойчивую и организованную систему, в которой каждый вид растений и животных занимает определенное место.

Мы знаем, что любой вид способен к неограниченному размножению и может быстро заселить все доступное ему пространство. Очевидно, что одновременное совместное существование разнообразных живых существ возможно лишь при наличии особых механизмов, регулирующих ход размножения и определяющих пространственное распределение видов и численность особей. Такая регуляция - следствие сложных конкурентных и иных взаимоотношений между организмами в процессе их жизнедеятельности. Большую роль при этом играют и влияния со стороны физических условий среды.

Изучение взаимоотношений организмов между собой и между организмами и физической средой обитания составляет содержание раздела биологии, получившего название экологии («ойкос» - жилище, убежище и «логос» - наука, греч.).

Экология опирается на обобщения и выводы большинства других разделов биологии, а также наук о Земле.

Экологические закономерности служат научной основой для рационального использования человеком естественных биологических ресурсов и для решения многих хозяйственных задач.

1. Среда и экологические факторы

Организм и факторы среды. В понятие внешней среды входят все условия живой и неживой природы, которые окружают организм и прямо или косвенно влияют на его состояние, развитие, выживание и размножение. Среда всегда представляет собой сложный комплекс различных элементов. Отдельные элементы среды, действующие на организм, называют экологическими факторами.

Среди них различают две разные по своей природе группы:

1. Абиотические факторы - все влияющие на организм элементы неживой природы. К наиболее важным факторам относятся свет, температура, влажность и другие компоненты климата, а также состав водной, воздушной и почвенной среды.

2. Биотические факторы - всевозможные влияния, которые испытывает организм со стороны окружающих его живых существ. В современную эпоху исключительно большое влияние на природу оказывает деятельность человека, которую можно рассматривать как особый экологический фактор.

В природе внешние условия всегда в какой-то мере изменчивы. Каждый вид в процессе эволюции приспособился к определенной интенсивности экологических факторов и амплитуде их колебания. Возникшие приспособления к конкретным условиям обитания наследственно закреплены. Поэтому, будучи очень целесообразными для среды, в которой исторически сформировался вид, экологические адаптации ограничивают или даже исключают возможность существования в иной обстановке.

Разные экологические факторы: как, температура, газовый состав атмосферы, пища, действуют на организм различными путями. Соответственно различны морфологические и физиологические приспособления к ним. Однако результаты влияния любого фактора экологически сравнимы, так как они всегда выражаются в изменении жизнеспособности организма, что в конечном итоге приводит к изменению численности популяции.

Интенсивность фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности, называется оптимальной или оптимумом. Чем больше отклоняется значение фактора от оптимальной для данного вида величины (как в сторону понижения, так и в сторону повышения), тем сильнее угнетается жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости.

Так как оптимум отражает особенности условий в местах обитания, то он обычно неодинаков у разных видов. В соответствии с тем, какой уровень фактора наиболее благоприятен, можно различать виды: тепло- и холодолюбивые, влаго- и сухолюбивые, приспособленные к высокой и низкой солености воды и т. д. Наряду с этим видовые приспособления проявляются также и в выносливости к степени изменчивости фактора. Узко приспособленными называют виды, выносящие лишь небольшие отклонения фактора от оптимальной величины; широко приспособленными - виды, способные выдерживать значительные изменения данного фактора. Например, большинство обитателей моря узко приспособлены к относительно высокой солености воды, и снижение концентрации солей в воде для них губительно. Обитатели пресных вод также узко приспособлены, но к низкому содержанию солей в воде. Однако есть виды, способные выносить очень большие изменения солености воды, например рыбка трехиглая колюшка, которая может жить как в пресных водах, так и в соленых озерах и даже в морях.

Приспособления к отдельным факторам среды в значительной мере независимы, поэтому один и тот же вид может обладать узкой приспособленностью к одному из факторов, например к солености, и широкой приспособленностью к другому, например, к температуре или пище.

Взаимодействие факторов. Ограничивающий фактор. На организм всегда одновременно действует очень сложный комплекс окружающих условий. Результат их совместного влияния не является простой суммой реакций на действие отдельных факторов. Оптимум и границы выносливости по отношению к одному из факторов среды зависят от уровня других. Например, при оптимальной температуре повышается выносливость к неблагоприятной влажности и недостатку пищи. С другой стороны, обилие пищи увеличивает устойчивость организма к изменениям климатических условий.

Однако такая взаимная компенсация всегда ограничена, и ни один из необходимых для жизни факторов не может быть заменен другим. Поэтому при смене мест обитания или при изменении условий в данной местности жизнедеятельность вида и его способность к конкуренции с другими будет ограничиваться тем из факторов, который сильнее всего отклоняется от оптимальной для вида величины. Если количественное значение хотя бы одного из факторов выходит за пределы выносливости, то существование вида становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия.

Например, распространение многих животных и растений к северу обычно ограничивает недостаток тепла, тогда как на юге ограничивающим фактором для тех же видов может оказаться недостаток влаги или необходимой пищи.

Взаимозависимость организмов и среды. Организм всецело зависит от среды и немыслим без нее. Но в процессе жизнедеятельности и непрерывного обмена веществ со средой растения и животные сами влияют на окружающие условия и изменяют физическую среду. Возникающие в ней изменения в свою очередь вызывают у организмов необходимость новых экологических приспособлений. Масштабы и значение таких изменений неживой природы под влиянием деятельности живых существ очень велики. Достаточно вспомнить, что фотосинтез растений привел к образованию современной атмосферы, богатой кислородом, которая стала одним из основных условий существования для большинства современных организмов. В результате жизнедеятельности организмов возникла почва, к составу и характеру которой приспособились в процессе эволюции растения и животные. Изменился и климат, и возникли местные его особенности - микроклиматы.

2. Основные климатические факторы и их влияние на организм

Климат - один из главных компонентов внешней среды. Для жизни наземных растений и животных наибольшее значение имеют 3 элемента климата: свет, температура и влажность. Важная особенность этих факторов заключается в их закономерной изменчивости как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. Поэтому и приспособления к ним имеют закономерный зональный и сезонный характер.

Свет. Солнечное излучение служит основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. Биологическое действие солнечного излучения разнообразно и обусловлено его спектральным составом, интенсивностью, а также суточной и сезонной периодичностью освещения.

В спектре солнечного излучения выделяются три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого. Жизнь на Земле возможна лишь потому, что это коротковолновое излучение задерживается озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300-0,400 мкм). Они обладают высокой химической активностью и в большой дозе могут повреждать живые клетки. В небольших дозах ультрафиолетовые лучи необходимы человеку и животным. В частности, они способствуют образованию в организме витамина D. Некоторые животные, например насекомые, зрительно различают ультрафиолетовые лучи.

Влияние видимых лучей с длиной волны о 0,400 до 0,750 мкм, на долю которых приходится большая часть энергии солнечного излучения, достигающего земной, поверхности, привело к возникновению у растений и животных ряда очень важных приспособлений.

Зеленые растения синтезируют органическое вещество, следовательно, и пищу для всех остальных организмов за счет энергии именно этой части спектра.

Все же для животных и бесхлорофильных растений свет не является обязательным условием существования, и многие почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособились к жизни в темноте. Для большинства животных видимый свет является одним из важных факторов внешней среды. Он сильный раздражитель и принимает участие в регуляции многих процессов. Особенно важна роль видимого света в поведении, в пространственной ориентировке. Даже многие одноклеточные животные отчетливо реагируют на изменение освещенности. У более высокоорганизованных, начиная с кишечнополостных, уже есть специальные светочувствительные органы, а у высших форм (членистоногие, моллюски, позвоночные) параллельно и независимо развились сложные органы зрения - глаза и способность образного восприятия окружающих предметов.

Большинство животных хорошо различают спектральный состав света, т. е. обладают цветовым зрением. Развитие зрения привело к возникновению у животных разнообразных окрасок, помогающих скрываться от врага или узнавать особей своего вида. У растений возникли яркие окраски цветков, привлекающие опылителей, что облегчило перекрестное опыление.

Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм, не воспринимаемые глазом человека, являются важным источником тепловой энергии. Ими особенно богат прямой солнечный свет. Эти длинноволновые излучения, поглощаясь тканями животных и растений, вызывают их нагревание. Многие холоднокровные животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения температуры тела, активно выбирая наиболее освещенные солнцем места. Световой режим в природе имеет отчетливую суточную и сезонную периодичность, которая обусловлена вращением Земли.

В связи с суточным ритмом освещения у животных возникли приспособления к дневному и ночному образу жизни. У каждого вида активность приходится на определенные часы суток. В определенные часы суток открываются цветки многих растений, а у некоторых наблюдаются суточные движения листьев (например, у некоторых бобовых). Почти все внутренние физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом и минимумом в определенные часы.

Большое экологическое значение имеет продолжительность дня. Она сильно изменяется с географической широтой и временем года. Только на экваторе продолжительность дня круглый год одинакова и равна 12 часам. С удалением от экватора продолжительность дня летнего полугодия прогрессивно увеличивается, а зимнего - сокращается; самый длинный день приходится на 22 июня (летнее солнцестояние), а самый короткий - 22 декабря (зимнее солнцестояние). За полярным кругом летом наблюдается непрерывный день, а зимой - непрерывная ночь, продолжительность которых у полюсов достигает 6 месяцев. В дни весеннего (21 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствия продолжительность дня между полярными кругами всюду равна 12 часам. От продолжительности дня и высоты Солнца над горизонтом зависит приток солнечного излучения на земную поверхность, поэтому с сезонными изменениями светового режима тесно связаны и температурные условия. Вследствие этого продолжительность дня служит важным экологическим фактором, регулирующим периодические явления в живой природе.

Температура. Все химические процессы, протекающие в организме, находятся в зависимости от температуры. Естественно поэтому, что большие изменения термических условий, которые часто наблюдаются в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Особенно ясно зависимость от внешней температуры выражена у организмов, не способных поддерживать постоянную температуру тела, т. е. у всех растений и большинства животных, кроме птиц и млекопитающих. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры.

Верхний температурный предел развития неодинаков для разных видов, но редко бывает выше 40-45°С. Только немногие виды приспособились к жизни при очень высокой температуре. Так, в горячих источниках некоторые моллюски живут при температуре воды до 53°С, личинки мух-львинок - при 60°С, а некоторые сине-зеленые водоросли и бактерии живут при 70-85°С.

Оптимальная температура для развития зависит от условий обитания вида; для большинства наземных животных она колеблется в довольно узких пределах (15-30°С).

Организмы с непостоянной температурой тела называются пойкилотермными. У них повышение температуры вызывает ускорение всех физиологических процессов. Поэтому, чем выше температура, тем короче время, необходимое для развития отдельных стадий или всего жизненного цикла. Если при 26°С период от выхода из яйца до окукливания составляет 10-11 суток, то при температуре около 10°С он увеличивается в 10 раз, т. е. превышает 100 суток. Эта зависимость имеет очень правильный характер.

Установив опытным путем продолжительность развития данного вида животного или растения при различных температурах, можно с достаточной точностью определить ожидаемые сроки развития в природной обстановке. В природе температура всегда колеблется и часто выходит за уровень, благоприятный для жизни. Это привело к возникновению у растений и животных специальных приспособлений, которые ослабляют вредное действие таких колебаний. Растения, например, при перегреве понижают температуру листа, увеличивая испарение воды через устьица. Животные также могут несколько понижать температуру своего тела за счет испарения воды через дыхательную систему и кожные покровы.

Возможность активного повышения температуры у растений крайне мала, а у пойкилотермных животных заметна лишь у наиболее подвижных видов. Так, у летающих насекомых вследствие усиленной работы мышц внутренняя температура может подниматься выше окружающей на 10-20 с С и более. У шмелей, саранчи и крупных бабочек она достигает во время полета 30-40°С, но с прекращением полета быстро снижается до уровня температуры воздуха.

Хотя у пойкилотермных организмов проявляется некоторая способность к терморегуляции, но она настолько несовершенна, что температура их тела зависит главным образом от температуры окружающей среды. Только у некоторых общественных насекомых, особенно у пчел, возник более эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции. Каждая отдельная пчела не способна сохранять постоянную температуру тела, но десятки тысяч пчел, составляющих семью, выделяют так много тепла, что в улье может поддерживаться постоянная температура 34- 35°С, необходимая для развития личинок.

Наиболее совершенной терморегуляцией обладают птицы и млекопитающие, т. е. теплокровные животные. Способность поддерживать постоянную температуру своего тела - экологически очень важное приспособление, которое обеспечило значительную независимость высших животных от термических условий среды. У большинства птиц температура тела несколько выше 40°С, а у млекопитающих обычно несколько ниже. Она сохраняется на постоянном уровне независимо от колебаний температуры окружающей среды. Так, при морозах около -40°С температура тела песца составляет 38°С, а у белой куропатки 43°С, т. е. выше окружающей среды почти на 80°С. У примитивных австралийских млекопитающих - утконоса и ехидны - терморегуляция развита слабо, и температура их тела сильно зависит от окружающих условий. Несовершенна терморегуляция также у мелких грызунов и детенышей большинства млекопитающих.

Для существования животных в изменчивых условиях среды большое значение имеет не только способность к терморегуляции, но и поведение: выбор места с более благоприятной температурой, активность в определенное время суток, постройка специальных убежищ и гнезд в более благоприятном микроклимате и т. д. Так, летом многие обитатели степей и пустынь на жаркое время скрываются в норы, под камни, зарываются в песок, избегая перегрева. Весной и осенью, когда температура невысока, те же виды выбирают наиболее теплые, прогреваемые солнцем места.

Температура, как и световой режим, от которого она зависит, закономерно изменяется в течение года и в связи с географической широтой.

На экваторе температура, как и продолжительность дня, очень постоянна и круглый год держится на уровне, близком к 25°С. С удалением от экватора годовая амплитуда температуры увеличивается. При этом летняя температура с повышением географической широты изменяется гораздо меньше, чем зимняя. Летом температура во всех пунктах остается в пределах обычной - нормы. Следовательно, для существования животных и растений в климате умеренных и северных широт основное значение имеют приспособления не к температурным условиям лета, а к отрицательным температурам зимы.

Список литературы

1. Азимов А. Краткая история биологии. М.,1997.

2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М.,2000.

3. Либберт Э. Общая биология. М.,1978 Льоцци М. История физики. М.,2001.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.,1999.

5. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.,1993.

Развитие организма как целостной системы. Системы организмов и биота Земли.

Организм и окружающая среда

Следуя экологическому подходу, можно мысленно вычленить из мира живой природы, всего многообразия живых организмов только одну особь . Эта условно изолированная особь (например, заяц) будет находиться под воздействием толькофакторов окружающей среды, среди которых основными окажутся климатические. Именно они, прежде всего температура, влажность, освещенность и др., имеют определяющее значение в распространении тех или иных видов на Земле. Кроме того, для водных организмов особое значение приобретает вода как единственная среда обитания, а для наземных растений огромную роль играют физические и химические свойства почвы. Изучение действия различных природных факторов на отдельный (искусственно изолированный организм) есть первое и наиболее простое подразделение экологии –аутэкология или факториальная экология .

Среда с позиции экологии. Организм является начальной, основной единицей обмена веществ. Именно с организма и начинается цепочка взаимоотношений живой материи, ее нельзя прервать ни на одном уровне. Очевидно, что существует глубокая связь между организмом и окружающей средой.

Среда –комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. В широком смысле это материальные тела, явления и энергия, воздействующие на организм.

Существует значительное разнообразие понятия «среда» в зависимости от степени конкретизации. Так, внешняя среда рассматривается как совокупность сил и явлений природы, ее вещество и пространство, любая деятельность человека (организма), находящаяся вне рассматриваемого объекта или субъекта и необязательно непосредственно контактирующая с ним. Понятие окружающая среда – то же, что и среда внешняя, но она находится в непосредственном контакте с объектом или субъектом. Термин, очевидно, требует определяющего дополнения: среда, окружающая кого? что? Поэтому более правильно говорить «окружающая человека среда» и т.д. Различают также природную среду (сочетание естественных и измененных деятельностью человека факторов живой и неживой природы, которые проявляют эффект воздействия на организм), среду абиотическую (все силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов) и среду биотическую (силы и явления природы, которые обязаны своим происхождением жизнедеятельности ныне живущих организмов).

Имеет место и конкретное пространственное понимание среды, как непосредственного окружения организма, – это его среда обитания . К ней относят только те элементы, с которыми данный организм вступает в прямые или непрямые отношения, т.е. это все то, среди чего он живет.

Влияние среды на организм. Организм, испытывая потребность в притоке вещества, энергии и информации, полностью зависит от среды. Уместно здесь привести закон, открытый российским ученым К.Ф. Рулье: результаты развития (изменений) любого объекта (организма) определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится . Этот закон, иногда называемый первым экологическим законом жизни, имеет общее значение, так как в равной мере относится к живой и неживой материи, а также социальной сфере.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей, носит названиеадаптации .

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, поскольку обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. При этом адаптации способны проявляться на самых разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экосистем.

Каждый организм реагирует на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма гласит: до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид может существовать. Резкое изменение условий среды обитания может привести к тому, что генетический аппарат вида не сможет приспособиться к новым условиям жизни. Сказанное в полной мере относится и к человеку.

Влияние живых организмов на среду. Организмы и сами способны существенно воздействовать на среду. Так, их жизнедеятельность значительно влияет на газовый состав атмосферы. Это связано, в частности, с тем, что в результате фотосинтеза зеленых растений в атмосферу поступает кислород. Диоксид углерода, напротив, извлекается из атмосферного воздуха растениями и вновь поступает туда в процессе разложения остатков погибших организмов.

На предел воздействия организмов на среду обитания указывает другой экологический закон жизни (Куражковский Ю.Н.): каждый вид организмов, потребляя из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования .

Таким образом, организмы испытывают воздействие постоянно меняющихся условий среды, но и сами способны изменять эти условия.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

На Земле организмы очень разнообразны. Среди растений можно встретить и микроскопические водоросли, жизнь которых очень коротка, мелкие однолетние цветковые, более крупные многолетние цветковые растения, гигантские древние секвойи. Мельчайшие ракообразные, населяющие толщу воды, медузы, морские звезды, моллюски, жуки, ящерицы, лягушки, воробьи, ястребы, волки, олени, буйволы, киты -- вот далеко не полный перечень разнообразных представителей животного мира. Растения и животные очень тесно взаимосвязаны и обусловливают оптимальное существование друг друга. Однако живые организмы, населяющие нашу планету, тесно связаны и со средой своего обитания. Изучение системы этих взаимосвязей и зависимостей также является прерогативой биоэкологии.

Среда обитания организма -- это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды очень разнообразны и постоянно меняются. Поэтому живые организмы вынуждены приспосабливаться к этим меняющимся условиям, чтобы обеспечить себе оптимальное существование. Процесс приспособления живых организмов к условиям окружающей среды называется адаптацией.

Выделяют четыре основные среды обитания живых организмов:

• - вода;
• - наземно-воздушная среда;
• - почва;
• - среда, образуемая самими живыми организмами.

Вода -- первая среда обитания, которую заселили живые организмы. В ней обитает много живых организмов, получая все необходимые для жизни вещества: пищу, воду, кислород. Все живые организмы, населяющие водную среду, получили название «гидро-бионты». Как бы ни были высокоорганизованы эти живые организмы, все они вынуждены приспосабливаться к особенностям жизни в водной среде. Эти особенности определяются физическими и химическими свойствами воды.

ЭТО ИНТЕРЕСНО! В толще воды постоянно находится большое количество мельчайших представителей растений и животных, ведущих жизнь во взвешенном состоянии. Способность их к парению обеспечивается не только физическими свойствами воды, обладающей выталкивающей силой, но и специальными приспособлениями самих организмов. Например, многочисленными выростами и придатками, значительно увеличивающими поверхность тела относительно его массы и, следовательно, повышающими трение об окружающую жидкость. Еще один пример -- медузы. Их способность удерживаться в толще воды определяется не только характерной формой тела, напоминающей парашют. Тело медузы на 98 % состоит из воды, поэтому плотность тела медузы очень близка к плотности воды.

По-разному приспособились животные и к передвижению в воде. Активные пловцы (рыбы, дельфины и пр.) имеют характерную обтекаемую форму тела и конечности в виде плавников. Их быстрое плавание облегчается также особенностями внешнего покрова их тела и наличием специальной смазки -- слизи, снижающей трение тела о воду.

У некоторых водяных жуков выпущенный из дыхалец отработанный воздух задерживается между телом и надкрыльями благодаря наличию волосков, которые не смачиваются водой. С помощью такого приспособления водное насекомое быстро поднимается на поверхность воды, где выпускает воздух в атмосферу.

Вода обладает свойством накапливать и удерживать тепло (теплоемкостью). По этой причине в воде не бывает резких колебаний температуры, которые характерны для суши.

Одним из наиболее важных свойств воды является способность растворять в себе другие вещества, которые могут использоваться водными организмами для дыхания и питания. И в первую очередь водным организмам необходим кислород.

ЭТО ИНТЕРЕСНО! Дыхание водных организмов может осуществляться как всей поверхностью тела, так и специальными органами -- жабрами. Для полноценного дыхания необходимо, чтобы вблизи тела животного происходило постоянное обновление воды, что достигается различными движениями самого животного. Взвешенное состояние мелких частичек и их перенос движущейся водой определяют способы питания многих животных, органы принятия пищи которых устроены по принципу сита. Для того чтобы отцедить достаточное количество пищевых частиц, приходится пропускать через это сито очень большое количество воды. Для многих водных организмов необходим постоянный приток новой порции воды, из которой они получат очередную порцию пищи. Это может обеспечиваться движением самого животного или особыми приспособлениями, например колеблющимися ресничками или щупальцами, которые производят около рта животного водоворот, загоняющий в него пищевые частицы.

Очень важным для жизни является солевой состав воды. Особенное значение для многих организмов имеет наличие в воде ионов кальция, который требуется ракообразным и моллюскам для построения панциря.

Наземно-воздушная среда, освоенная в ходе эволюции позднее водной, более сложна и разнообразна по условиям обитания, что обусловливает более высокий уровень морфофизиологической организации живых организмов, ее населяющих.

Наиболее важным фактором жизни обитающих здесь организмов являются свойства и состав окружающих их воздушных масс. Плотность воздуха гораздо ниже плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани -- внутренний и наружный скелет.

Воздушные массы характеризуются также огромным объемом и постоянно находятся в движении, температура воздуха может меняться очень быстро и на больших пространствах. Поэтому живущие на суше организмы имеют многочисленные приспособления, позволяющие выдерживать резкие колебания температур или вовсе избегать их. Замечательным приспособлением является развитие теплокровности.

ЭТО ИНТЕРЕСНО! В целом наземно-воздушная среда более разнообразна, чем водная; условия жизни здесь сильно меняются во времени и в пространстве. Эти изменения заметны даже на расстоянии в несколько десятков метров, например: на границе леса и поля, на разной высоте в горах, даже на разных склонах небольших холмов. Вместе с тем здесь слабее выражены перепады давления, но часто возникает недостаток влаги. Поэтому у наземных обитателей развиты приспособления,связанные с обеспечением организма водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных помимо особенностей строения внешних покровов это и особенности поведения, способствующие поддержанию водного баланса, например миграции к водопоям.

Большое значение для жизни наземных организмов имеет состав воздуха (79% азота, 21% кислорода и 0,03% углекислого газа), который обеспечивает химическую основу жизни. Углекислый газ является важнейшим сырьевым источником для фотосинтеза. Азот воздуха необходим для синтеза белков и нуклеиновых кислот.

Почва как среда обитания -- верхний слой суши, образованный минеральными частицами, переработанными в результате активной деятельности живых организмов, обитающих в почве. Почва -- это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями. Почва как среда обитания необычайно приспособлена для жизни множества живых организмов. Связано это с теми специфическими особенностями, которыми она обладает. В почве сглажены температурные колебания, она богата питательными веществами. Между частицами почвы имеются многочисленные полости, которые могут быть заполнены водой или воздухом. Поэтому почву населяют как водные, так и воздуходышащие организмы. Еще одной особенностью почвы является то, что даже на небольшой глубине в ней царит полная темнота. Кроме того, по мере погружения в почву содержание в ней кислорода уменьшается, а углекислого газа увеличивается. Поэтому на значительной глубине могут обитать лишь анаэробные бактерии, в то время как в верхних слоях почвы помимо бактерий в обилии встречаются грибы, простейшие, черви, членистоногие и даже крупные животные, прокладывающие ходы и строящие в почве убежища и жилища.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, которые получили название экологических.

Экологические факторы -- это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живые организмы. Условно все факторы среды принято делить на три большие группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Биотические факторы -- это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга (например, опыление насекомыми растений, поедание одними живыми организмами других и многое другое). Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными.

В современных условиях действие факторов окружающей среды часто определяется не природной обстановкой, а теми изменениями, которые внесены в нее человеком. Поэтому принято выделять еще один вид факторов -- антропогенные.

Антропогенные факторы -- это те формы деятельности человека, которые воздействуют на окружающую среду, изменяют условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных. Деятельность человека может оказывать на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К прямому воздействию относят истребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и целых сообществ. Косвенное воздействие происходит в результате изменения среды обитания организмов: климата, режима течения рек, распашки поверхностного слоя земель и т.д.

Один из наиболее важных антропогенных факторов -- загрязнение окружающей среды. В настоящее время влияние человека на природу в значительной степени утратило локальный характер и имеет глобальное распространение. Все чаще это влияние негативно сказывается на развитии животного и растительного мира, чистоте атмосферного воздуха и качестве природных вод и т.д.

ЭТО ИНТЕРЕСНО! Живые организмы не только испытывают влияние со стороны окружающей их среды, но и сами активно влияют на среду своего обитания. В результате их жизнедеятельности физические и химические свойства среды (газовый состав воздуха и воды, структура и свойства почвы, даже климат местности) могут заметно изменяться.

Наиболее простым влиянием жизни на среду является механическое воздействие. Строя норы, прокладывая ходы, животные сильно изменяют свойства грунта. Почва изменяется, и под воздействием корней растений она укрепляется, становясь менее подверженной разрушениям потоками воды или ветром. Хорошо известная строительная деятельность бобров вызывает серьезные изменения водного режима тех рек, на которых они возводят свои плотины. Как следствие, это приводит к изменению флоры и фауны тех бассейнов, где они обитают. В то же время способность растительноядных рыб (таких, как толстолобик или амуры) очищать водотоки от зарослей водной растительности, которой они активно питаются, используются человеком в борьбе с зарастанием различных водных сооружений.

Живущие в толще воды мелкие рачки, личинки насекомых, моллюски, многие рыбы имеют своеобразный тип питания, который называется фильтрацией. Постоянно пропуская воду через ротовой аппарат, эти животные непрерывно отцеживают из нее пищевые частицы, содержащиеся в твердых взвесях. Такая деятельность значительно влияет на качество природных масс: животные осуществляют их постоянную очистку, как гигантские фильтры. среда организм биотический растение

Большое значение имеет и физико-химическое воздействие живых организмов на среду. Наибольшее значение здесь имеют зеленые растения, благодаря которым формируется химический состав атмосферы в результате процесса фотосинтеза. Фотосинтез является главным поставщиком кислорода в атмосферу, обеспечивая тем самым жизнь огромному количеству земных обитателей, включая и самого человека.

Поглощая и испаряя воду, растения оказывают влияние и на водный режим их местообитания. Наличие растительности способствует постоянному увлажнению воздуха. Кроме того, растительный покров смягчает суточные колебания температуры вблизи поверхности земли, а также колебания влажности и ветра, оказывает благоприятное воздействие на структуру и химический состав почв. Все это создает определенный микроклимат, способствующий развитию других организмов.

От деятельности обитателей нашей планеты во многом зависит образование таких газов, как азот, диоксид углерода, аммиак. Живое вещество изменяет и физические свойства среды: ее термические, электрические и механические показатели.