М-21 біологія 19.04.22
19.04.2022
Комбіноване заняття (2 год.)
Тема 5.4. Основні середовища існування та адаптації до них організмів. Способи терморегуляції організмів.
Опрацювати: Біологія 11 клас (за посиланням «Підручники»), с.20-23, 30-33,
§§ 6, 8
§§ 6, 8
Виконати (письмово):
1. Про що свідчить принцип єдності організму і середовища існування?
2. У яких середовищах живуть живі організми? Охарактеризуйте ці середовища. Які організми мешкають у цих середовищах? Які вони виробили адаптації?
3. Які морфологічні ознаки вказують на пристосування крота до життя у ґрунті?
4. Порівняйте адаптацію хребетних і членистоногих до водного середовища існування.
5. Що таке терморегуляція?
6. Які існують способи терморегуляції організмів?
7. Які організми називають пойкілотермними? Наведіть приклади.
8. Які організми називають гомойотермними? Наведіть приклади.
9. Що таке інерційна гомойотермія? Наведіть приклади.
10. Проаналізуйте перелік видів: горобець, крокодил, сом, кішка, бджола, людина. Укажіть, до якої групи - пойкілотермних або гомойотермних - кожен з них належить.
11. Чому шкіра на поверхні тіла ссавців може бути холодною?
Єдність організмів і середовища існування
Будь-який організм не може існувати сам по собі, окремо від середовища, у якому він живе. Організм — це складна відкрита система, що пов’язана із середовищем величезною кількістю зв’язків. Він отримує з нього речовини для побудови свого тіла та енергію для забезпечення процесів життєдіяльності. На нього впливають фактори середовища. Він сам може впливати на нього, а в деяких випадках навіть суттєво змінювати його.
Наявність таких взаємних зв’язків між організмом і середовищем, які зумовлюють їх єдність, називають правилом (або законом) єдності організму й середовища існування.
Ця єдність має місце в усіх середовищах існування організмів. Але в кожного з них є свої особливості, тому взаємозв’язки організмів із різними середовищами мають характерні саме для них риси.
Водне середовище існування
Водне середовище існування містить усю гідросферу нашої планети. Саме це середовище вважають місцем зародження життя на планеті. Воно є досить сталим щодо температурних коливань і має велику щільність. Це дозволяє організмам виростати до великих розмірів, бо, згідно із законом Архімеда, на них діє сила, спрямована вгору. Це суттєво знижує навантаження на опорні структури організму.
Організми у водному середовищі можуть активно плавати, пасивно парити у товщі води або мешкати на дні. На життєдіяльність організмів у цьому середовищі істотно впливають такі фактори, як солоність, наявність мінеральних речовин у доступній формі, можливість появи льодового покриву та насиченість води киснем.
Різні організми по-різному адаптуються до умов середовища. Активно плаваючі мають обтічну форму тіла, у сидячих або вільно дрейфуючих форм симетрія тіла є радіальною. Ті, хто живуть на дні, мають сплощене тіло і вміють гарно маскуватися.
Цікаві адаптації до життя у водному середовищі виробляють рослини. Для них дуже важливим фактором існування є сонячне світло, яке забезпечує енергією процес фотосинтезу. Як відомо, різні частини сонячного спектра потрапляють на різну глибину в товщі води, що спричинило появу різних наборів пігментів у пластидах водоростей, які живуть на різних глибинах. Така адаптація дозволяє водоростям існувати на різних глибинах і ефективно використовувати енергію світла.
Наземно-повітряне середовище існування
Наземно-повітряне середовище є найбільш різноманітним за сукупністю фізичних параметрів. У різних його регіонах суттєво різняться температурний режим, рівень зволоженості та рельєф. Крім того, у багатьох місцевостях спостерігаються різкі сезонні коливання умов (наприклад, у регіонах із різко континентальним кліматом).
Організми в цьому середовищі можуть вести прикріплений спосіб життя, активно рухатися або літати. На їхню життєдіяльність впливають такі фактори, як освітленість, клімат, сезонні зміни погоди, наявність джерел доступної води тощо.
Шляхи адаптації до умов існування в наземно-повітряному середовищі є найбільш різноманітними. Літаючі організми виробляють вигідну аеродинамічну форму тіла. Бігаючі або стрибаючі форми мають добре розвинені кінцівки. Ті, хто не можуть активно рухатися, виробляють пасивні форми захисту, накопичуючи отруйні речовини, тощо. Важливими є також поведінкові адаптації, які, наприклад, стають причиною міграцій тварин і допомагають їм уникати несприятливих умов існування в конкретній місцевості.
Адаптацію рослин до наземно-повітряного середовища добре видно на прикладі дерев, таких як дуб або липа. Ці дерева мають морфологічні адаптації. Тіло цих рослин поділене на органи — корінь і пагін, які виконують різні функції. Корінь забезпечує мінеральне живлення, а пагін — фотосинтез. В організмі цих дерев багато механічних тканин, що дозволяють ефективно протидіяти силі тяжіння та захищають від механічних пошкоджень. Крім того, вони мають і фізіолого-біохімічні адаптації. Так, скидання листя восени забезпечує видалення продуктів обміну і захист від сніголамів через накопичення снігу в кронах.
Ґрунтове середовище існування
Ґрунтове середовище існування є дуже специфічним. Воно менш мінливе, ніж наземно-повітряне. Але це середовище є найщільнішим серед усіх інших. Організми, які в ньому живуть, повинні або рити ходи, як кріт чи вовчок, або протискатися між частками ґрунту, як дощовий черв’як.
На життєдіяльність мешканців ґрунтів впливають такі фактори, як склад ґрунту, його щільність, зволоженість, наявність жорстких прошарків, рівень ґрунтових вод тощо.
Організми адаптуються до цього середовища завдяки виникненню спеціальних органів для риття ходів, зміні форми тіла й утворенню спеціальних зовнішніх покривів тощо. У них суттєво змінюється роль різних органів чуттів. Зір утрачає значення. А от слух і дотикова чутливість виходять на перший план.
Добре пристосованими до життя у ґрунті організмами є гриби та грибоподібні організми. Їхнє тіло представлено міцелієм і є дуже розгалуженою структурою, яка складається з великої кількості тоненьких ниток — гіф. Така структура забезпечує найкраще співвідношення поверхня/об’єм і дозволяє цим організмам ефективно добувати з ґрунту потрібні їм поживні речовини.
Схожу адаптацію мають рослини. Їхні корені вкриті великою кількістю кореневих волосків, що дає змогу легко видобувати з ґрунту потрібну кількість вологи і мінеральних речовин.
Кріт і сліпак живуть під землею і риють довгі підземні ходи. Форма тіла в них схожа. А от спосіб рихлення ґрунту для риття ходів у цих тварин різний. Кріт використовує для цього свої передні лапи, а сліпак — різці.
Унікальним середовищем існування є мангрові ліси. Вони розташовані на межі суходолу й океану і затоплюються солоною водою під час припливів. Тому деревам у цих лісах довелося виробити унікальні адаптації. Різні види використовують різні способи пристосування, але всі вони здатні витримувати тимчасове затоплення, високу солоність середовища і дефіцит кисню в ґрунті.
Різноманіття cnocoбів терморегуляції
Терморегуляція — це сукупність процесів, які дозволяють підтримувати температуру тіла організму на певному рівні. Терморегуляція є одним із найважливіших механізмів адаптації організмів до середовища існування. Існує багато способів терморегуляції, які притаманні різним організмам, але всі ці способи можна поділити на три великі групи: хімічні, фізичні та поведінкові.
Хімічні способи терморегуляції здійснюються завдяки зміні інтенсивності окисних процесів у клітинах організму. За умови підвищення інтенсивності (наприклад, у випадку активної роботи м’язів) теплопродукція зростає.
Фізичні способи регулюють інтенсивність втрат тепла. Це може відбуватися за рахунок утворення спеціальних структур, які заважають виведенню тепла з організму (хутро ссавців, пір’я птахів) або, навпаки, сприяють втратам тепла (великі вуха слонів, лисиць-фенеків). Регуляція об’єму крові, яка надходить до зовнішніх покривів тіла, потовиділення також є прикладами фізичних способів регуляції тепловіддачі.
Поведінкові способи терморегуляції здійснюються шляхом певних дій особини, що можуть бути як рефлекторними, так і нерефлекторними. Пошук тваринами затінку в жарку погоду або їх вихід на місця, що прогріваються сонцем, у холодну пору року є прикладами поведінкової терморегуляції.
За здатністю підтримувати температуру тіла на певному рівні організми поділяються на дві великі групи — пойкілотермні й гомойотермні. Раніше часто використовували терміни «холоднокровні» і «теплокровні» організми.
Але використання цих термінів не завжди є коректним, бо температура тіла «холоднокровної» ящірки, яка сидить на нагрітому камені влітку, може бути вищою, ніж температура тіла «теплокровної» миші, яка сидить поряд із нею.
Пойкілотермні організми
Пойкілотермні організми не можуть підтримувати температуру тіла вищою від температури навколишнього середовища більш ніж на 1-2 градуси. Відповідно, температура їхнього тіла змінюється разом із температурою середовища. До цієї групи відносять членистоногих, більшість риб і рептилій, земноводних, молюсків тощо.
Особливостями пойкілотермних тварин є те, що ферменти їхніх клітин можуть працювати в достатньо широкому діапазоні температур. А їхні потреби в енергії відносно невеликі, тому і їжі вони споживають менше, ніж гомойотермні тварини однакових із ними розмірів.
Удосконалення терморегуляції
У деяких випадках пойкілотермні організми у процесі адаптації до свого способу життя можуть набувати більших можливостей у регулюванні температури тіла. Це відбувається у формі виникнення різноманітних постадаптацій.
Наприклад, тунець мешкає в холодних водах і має високу швидкість пересування. Для забезпечення такого способу життя йому необхідно підтримувати більш високу температуру м’язів, очей, внутрішніх органів порівняно з температурою навколишнього середовища. Цьому сприяє будова його кровоносної системи, що стала саме такою в процесі адаптації до умов існування. Вона має спеціальну сітку з кровоносних судин, у якій венозна кров, що зігрілася в активно працюючих м’язах, нагріває артеріальну, яка потім потрапляє в м’язи та інші органи. Це дозволяє підтримувати температуру потрібних органів на кілька градусів вищою, ніж температура навколишнього середовища.
Ще один спосіб регуляції температури використовують пойкілотермні соціальні комахи. Наприклад, бджоли підтримують достатньо сталою температуру не окремих особин, а всього бджолиного рою за рахунок роботи м’язів окремих бджіл. Бджоли утворюють скупчення, усередині якого підтримується досить висока і відносно стала температура. Періодично бджоли із зовнішніх частин скупчення міняються місцями з особинами, які перебували всередині, що забезпечує рівномірне зігрівання всіх членів рою.
Гомойотермні організми
Гомойотермні організми можуть підтримувати сталу температуру найважливіших частин тіла незалежно від умов навколишнього середовища. Гомойотермія може бути справжньою (як у птахів і ссавців) або інерційною (як у шкірястої черепахи).
Шкіряста черепаха для підтримання температури тіла використовує явище інерційної гомойотермії. Завдяки великим розмірам співвідношення поверхня/об’єм у тіла черепахи такі, що тепло, яке виділяється під час звичайних біохімічних процесів, утрачається організмом дуже повільно. Це підтримує сталу температуру тіла без спеціальних витрат енергії на теплопродукцію. Саме цей спосіб терморегуляції використовували такі великі вимерлі рептилії, як динозаври.
Тварини зі справжньою гомойотермією застосовують усі можливі способи терморегуляції. Їхньою перевагою є більша витривалість, ніж у пойкілотермних тварин, і менша залежність від температурних умов середовища. До недоліків гомойотермності відносять високі енергетичні витрати й значно більшу потребу в їжі. Крім того, ферментні системи гомойотермних організмів працюють тільки в дуже вузькому інтервалі температур. Тому навіть незначна зміна температури тіла може різко погіршувати їхню роботу і збільшувати ризик загибелі організмів у результаті перегріву або переохолодження.
Маленьким ссавцям для підтримки постійної температури тіла доводиться витрачати дуже багато енергії. Адже співвідношення площі поверхні до об'єму тіла в них украй високе. Тому мідиця (бурозубка) мала, яка важить усього 2,6—6,1 г, повинна їсти не рідше, ніж кожні дві години.
Комментарии
Отправить комментарий