Физиологические адаптации животных

Для подавляющего большинства наземных животных с дневной и ночной активностью зрение представляет один из способов ориентации, имеет важное значение для поисков добычи. Многие виды животных обладают и цветным видением. В связи с этим у животных, особенно жертв, возникли приспособительные особенности. К ним относятся защитная, маскирующая и предупреждающая окраска, покровительственное сходство, мимикрия (рис. 6.17) и т. п. Возникновение ярко окрашенных цветков высших растений также связано с особенностями зрительного аппарата опылителей и в конечном счете со световым режимом среды.

Водный режим

Дефицит влаги — одна из наиболее существенных особенностей наземно-воздушной среды жизни. Эволюция наземных организмов проходила путем приспособления к добыванию и сохранению влаги. Режимы влажности среды на суше разнообразны — от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами, где в год выпадает несколько тысяч миллиметров осадков (области экваториального и муссонно-тропического климата) до практически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь. Так, в тропических пустынях среднегодовое количество осадков меньше 100 мм в год, и при этом дожди выпадают не каждый год.

Годовое количество осадков не всегда дает возможность оценить водообеспеченность организмов, так как одно и то же их количество может характеризовать пустынный климат (в субтропиках) и очень влажный (в Арктике). Большую роль играет соотношение осадков и испаряемости (суммарного годового испарения со свободной водной поверхности), также неодинаковое в разных районах земного шара. Области, где эта величина превышает годовую сумму осадков, называют аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. Области, в которых растения обеспечены влагой, называют гумидными, или влажными. Нередко выделяют и переходные зоны — полу- аридные (семиаридные).

Зависимость растительности от среднегодового количества осадков и температуры показана на рис. 6.18.

Водообеспечение наземных организмов зависит от режима выпадения осадков, наличия водоемов, запасов почвенной влаги, близости грунтовых вод и т. д. Это способствовало развитию у наземных организмов множества адаптации к различным режимам водообеспечения (рис. 6.19.).

На рисунке 6.19 слева направо показан переход от обитающих в воде низших водорослей с клетками без вакуолей к первичным пойкилогидрическим наземным водорослям; образование вакуолей у водных зеленых и харовых водорослей; переход от имеющих вакуоли таллофитов к гомойогидрическим кормофитам

— Примеры мимикрии

Рисунок 6.17 — Примеры мимикрии:

  • 1 - лесная оса (модель); 11 - оса-пепсис (модель);
  • 2 - пчеловидка; . 12 - муха-ктырь мидас (подражатель)
  • 3 — осовидка; I . ^ , 13 - божья коровка леис (модель);

, >- подражатели) , . ,,

5 - мохнатка 14, 15 - тараканы-прозолекта

поперечнополосатая; J (подражатели)

  • 7 - шмель земляной (модель); 16- жук-зукис (модель)
  • - муха шмелевидка; / , .17 — жук-дровосек,

, - - ч >? (подражатели) ...

6оаоочка-шмелевидка; 18 — клоп лигеус, . . .

О -/ А Г to я х г (подражатели);

  • 8 - шмель каменный (модель); 19 - оаоочка,
  • 46 - муха-шмелевидка (подражатель); 20 - оса дорожная;
  • 9 - оса-мигнимия (модель); 21 - паук; 22 - клоп; 23 - личинка
  • 10 - жук-колоборомбус (подражатель); кузнечика, подражающие муравьям
— Зависимость растительности от среднегодового количества осадков и температуры

Рисунок 6.18 — Зависимость растительности от среднегодового количества осадков и температуры:

1тропический лес; 2листопадный лес; 3степь; 4пустыня; 5хвойный лес; 6арктическая и горная тундра

— Приспособление водного обмена растений к наземному образу жизни (из В. Лархера, 1978)

Рисунок 6.19 — Приспособление водного обмена растений к наземному образу жизни (из В. Лархера, 1978)

(распространение мхов — гидрофитов еще ограничено местообитаниями с высокой влажностью воздуха, в сухих местообитаниях мхи становятся вторично пойкилогидрическими); среди папоротников и покрытосеменных (но не среди голосеменных) также имеются вторично пойкилогидрические формы. Большинство листостебельных растений гомойогидричны благодаря наличию у них кутикулярной защиты от транспирации и сильной вакуолизации их клеток. Следует отметить, что ксерофильность животных и растений свойственна только наземно-воздушной среде.

Осадки (дождь, град, снег) кроме водообеспечения и создания запасов влаги, часто играют и другую экологическую роль. Например, при ливневых дождях почва не успевает впитывать влагу, вода сильными потоками быстро стекает и зачастую сносит в озера и реки слабо укоренившиеся растения, мелких животных и плодородный слой почвы. В поймах рек дожди могут вызывать паводки и оказывать таким образом неблагоприятное воздействие на обитающих здесь растения и животных. В затопляемых периодически местах образуется своеобразная пойменная фауна и флора.

Отрицательное действие на растения и животных оказывает и град. Посевы сельскохозяйственных культур на отдельных полях иногда бывают полностью уничтожены этим стихийным бедствием.

Многообразна экологическая роль снежного покрова. Для растений, почки возобновления которых находятся в почве или у ее поверхности, многих мелких животных снег играет роль теплоизолирующего покрова, защищая от низких зимних температур. При морозах выше -14°С под слоем снега в 20 см температура почвы не опускается ниже 0,2°С. Глубокий снежный покров предохраняет от вымерзания зеленые части растений. Такие растения, как вероника лекарственная, копытень и др., уходят под снег, не сбрасывая листвы. Мелкие наземные животные ведут зимой активный образ жизни, прокладывая под снегом и в его толще многочисленные галереи ходов. В снежные зимы при наличии витаминизированного корма могут размножаться грызуны (лесная и желтогор- лая мыши, ряд полевок, водяная крыса и др.). Под снегом в сильные морозы прячутся рябчики, куропатки, тетерева.

Крупным животным зимний снежный покров нередко мешает добывать корм, передвигаться, особенно при образовании на поверхности ледяной корки. Так, лоси (Alces alces) свободно преодолевают слой снега глубиной до 50 см, более мелким животным это недоступно. Часто при многоснежных зимах наблюдается гибель косуль, диких кабанов (рис. 6.20).

— Глубокие снега сделали непроходимыми звериные тропы

Рисунок 6.20 — Глубокие снега сделали непроходимыми звериные тропы

Выпадение большого количества снега оказывает отрицательное влияние и на растения. Помимо механических повреждений в виде снеголомов или снеговалов, мощный слой снега может приводить к выпреванию растений, а во время таяния снега, особенно в затяжную весну, к вымоканию растений.

— Опорная поверхность конечностей белой куропатки зимой (А) и летом (Б)

Рисунок 6.21 — Опорная поверхность конечностей белой куропатки зимой (А) и летом (Б)

От низких температур при сильных ветрах в малоснежные зимы страдают растения и животные. Так, в годы, когда снега выпадает мало, гибнут мышевидные грызуны, кроты и другие мелкие животные. Вместе с тем в широтах, где зимой выпадают осадки в виде снега, растения и животные исторически приспособились к жизни в снегу или на его поверхности, выработав различные анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие приспособления. Например, у некоторых животных увеличивается к зиме опорная поверхность ног путем обрастания их жесткими волосами (рис. 6.21), перьями, роговыми щитками. Другие мигрируют или впадают в неактивное состояние — сон, спячку, диапаузу (рис.4.31). Ряд животных переходит на питание определенными видами кормов.

Белизна снежного покрова демаскирует темно окрашенных животных. Сезонная смена окраски у белой и тундряной куропаток, горностая (рис. 6.22), зайца- беляка, ласки, песца, несомненно, связана с отбором на маскировку под цвет фона.

Осадки помимо непосредственного воздействия на организмы обусловливают ту или иную влажность воздуха, которая, как уже отмечалось, играет важную роль в жизни растений и животных, так как влияет на интенсивность их водного обмена. Испарение с поверхности тела животных и транспирация у растений идут тем интенсивнее, чем меньше воздух насыщен парами воды.

— Сезонная окраска горностая

Рисунок 6.22 — Сезонная окраска горностая

Поглощение надземными частями капельно-жидкой влаги, выпадающей в виде дождя, а также парообразной влаги из воздуха среди высших растений встречается у эпифитов тропических лесов, которые поглощают влагу всей поверхностью листьев и воздушных корней. Парообразную влагу из воздуха могут впитывать ветви некоторых кустарников и деревьев, например, саксаулов — Halaxylon persicum, Н. aphyllum. У высших споровых и особенно низших растений поглощение влаги надземными частями является обычным способом водного питания (мхи, лишайники и др.). При недостатке влаги мхи, лишайники способны переживать длительное время в состоянии близком к воздушно-сухому, впадая в анабиоз. Но стоит пройти дождю, как эти растения быстро впитывают влагу всеми наземными частями, приобретают мягкость, восстанавливают тургор, возобновляют процессы фотосинтеза и роста.

Кактусы идеально приспособлены к дефициту влаги (рис. 4.39). Большинство видов кактусов покрыты пучками колючек, а воду запасают в стеблях (рис. 6.23). Так, в засушливые времена стебель у кактуса сагуаро имеет глубокие складки, как меха у баяна (рис. 6.24).

После проливных дождей кактус наполняется водой и разбухает. Кожица, покрывающая его стебель, растягивается и складки практически исчезают. Благодаря запасу воды и восковому налету на кожице сагуаро может пережить несколько лет засухи.

Другие суккуленты, например, молочай, запасают воду в листьях, а колючки у них одиночные.

На листьях степных и горных камнеломок и горечавок имеются пробочки из извести, закрывающие специальные отверстия.

— Суккуленты

Рисунок 6.23 — Суккуленты

Примечание: Слева - кактус це- реус, справа - молочай

— Запасание и расходование воды кактуса сагуаро

Рисунок 6.24 — Запасание и расходование воды кактуса сагуаро

Во время дождя пробочки приподнимаются от затекающей на лист воды, а при высыхании опускаются на место, тем самым предотвращая испарение (рис. 6.25).

У звездчатки средней (мокрицы) высасывать воду могут приспособленные для этого волоски, расположенные на узлах, где задерживается роса и дождевая вода.

— Камнеломка

Рисунок 6.25 — Камнеломка

Сильфиум пронзеннолистный имеет листья, сросшиеся у основания стебля, которые образуют глубокую чашу, где скапливается вода, а в дальнейшем используется растением.

Растения солончаков (солеросы) покрыты блестящей соляной корочкой. В жару от поверхности листьев отражаются солнечные лучи, предотвращая перегрев тканей. Ночью соль на листьях поглощает атмосферную влагу, нередко столь активно, что образуется концентрированный рассол, и листья становятся влажными.

У растений сильно увлажненных наземных сред обитания нередко возникает необходимость удаления избытка влаги. Как правило, это бывает, когда почва хорошо прогрета и корни активно всасывают воду, а транспирация отсутствует (утром или при тумане, когда влажность воздуха близка к 100%).

— Типы гуттации у разных растений (по А. М. Гродзинекому, 1965)

Рисунок 6.26 — Типы гуттации у разных растений (по А. М. Гродзинекому, 1965):

1 —у злаков, 2у земляники, 3 — у тюльпана, 4—у молочая, 5— у беллевалии сарматской, 6—у клевера.

Избыточная влага удаляется путем гуттации — выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю или на острие листа (рис. 6.26). К гуттации способны не только гигрофиты, но и многие мезофиты. Например, в украинских степях гуттация обнаружена более чем у половины всех видов растений. Многие луговые травы гуттируюг так сильно, что увлажняют поверхность почвы. Так животные и растения приспосабливаются к сезонному распределению осадков, к их количеству и характеру. Этим определяется состав растений и животных, сроки протекания тех или иных фаз в цикле их развития.

На влажность оказывает влияние и конденсация водяных паров, часто происходящая в приземном слое воздуха при смене температуры. Выпадение росы происходит при снижении температуры в вечерние часы (рис. 6.27). Нередко роса выпадает в таком количестве, что обильно смачивает растения, стекает в почву, увеличивает влажность воздуха и создает благоприятные условия для живых организмов, особенно когда других осадков выпадает мало. Осаждению росы способствуют растения. Охлаждаясь ночью, они конденсируют на себе водяные пары. На режим влажности значительно влияют туманы, густая облачность и другие природные явления.

При количественной характеристике среды обитания растений по водному фактору используют показатели, отражающие содержание, распределение влаги не только в воздухе, но и почве. Почвенная вода или влажность почвы, является одним из

— Капли росы на листьях манжетки

Рисунок 6.27 — Капли росы на листьях манжетки

основных источников влаги для растений. Вода в почве находится в раздробленном состоянии, вкраплена в поры разных размеров и форм, имеет большую поверхность раздела с почвой, содержит ряд катионов и анионов. Поэтому почвенная влага неоднородна по физическим и химическим свойствам. Не вся вода, содержащаяся в почве, может быть использована растениями. По физическому состоянию, подвижности, доступности и значению для растений почвенная вода подразделяется на гравитационную, гигроскопическую и капиллярную (рис. 7.11).

В почве содержится и парообразная влага, занимающая все свободные от воды поры. Это почти всегда (кроме пустынных почв) насыщенный водяной пар. При понижении температуры ниже 0°С почвенная влага переходит в лед (вначале свободная вода, а при дальнейшем охлаждении — и часть связанной).

Общее количество воды, которое может быть удержано почвой (его определяют, добавляя избыток воды и затем ожидая, пока она не перестанет выходить каплями), называется полевой влаго- емкостью.

Содержание влаги в почве, при котором растение не удовлетворяет свою потребность в воде, называется коэффициентом за- вядания. Для одного и того же вида растения на разных почвах коэффициент завядания неодинаков и составляет, например, для тяжелой глины 16,3%, а для крупного песка — 0,9%.

Следовательно, общее количество воды в почве не может характеризовать степень обеспеченности растений влагой. Для ее определения из общего количества воды необходимо вычесть коэффициент завядания. Однако физически доступная вода почвы физиологически не всегда доступна растениям из-за низкой температуры почвы, недостатка кислорода в почвенной воде и почвенном воздухе, кислотности почвы, высокой концентрации растворенных в почвенной воде минеральных солей. Несоответствие между всасыванием воды корнями и отдачей ее листьями приводит к завяданию растений. От количества физиологически доступной воды зависит развитие не только надземных частей, но и корневой системы растений. У растений, произрастающих на сухих почвах, корневая система, как правило, более разветвлена, более мощная, чем у растений влажных мест обитания (рис. 6.28).

Одним из источников почвенной влаги являются грунтовые воды. При низком их уровне капиллярная вода не достигает почвы и не влияет на ее водный режим. Увлажнение почвы за счет только атмосферных осадков вызывает сильные колебания ее влажности, что часто отрицательно влияет на растения. Вредно сказывается и слишком высокий уровень грунтовых вод, потому что это приводит к переувлажнению почвы, к обеднению кислородом и обогащению минеральными солями. Постоянное увлажнение почвы независимо от капризов погоды обеспечивает оптимальный уровень грунтовых вод.

— Корневая система озимой пшеницы (по В. Г. Хржановскому и др., 1994)

Рисунок 6.28 — Корневая система озимой пшеницы (по В. Г. Хржановскому и др., 1994)

1при большом количестве осадков; 2при среднем; 3при малом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >