Реферат: Организмы и среды их обитания

Тема Организмы и среды их обитания
Слово "экология" происходит от двух греческих слов: oikos, что означает дом, родина, и logos ― понятие, учение. В буквальном смысле экология ― это "наука о местообитании". "Под экологией, ― писал Геккель, ― мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего ― его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология ― это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование".

"Экология ― это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают".

Экология ― это комплексная наука, изучающая законы существования (функционирования) живых систем в их взаимодействии с окружающей средой.

В настоящее время в экологической науке наибольшее развитие получили следующие направления:

классическая (общая) экология ― изучает взаимодействие биологических систем с окружающей средой;

глобальная экология ― раскрывает единство и целостность биосферы как глобальной экосистемы, её антропогенные изменения;

социальная экология ― рассматривает взаимосвязи и взаимозависимости в системе "общество ― окружающая среда";

геоэкология ― изучает антропогенные изменения природной среды;

экология человека ― изучает природную сущность человека, среду его обитания, экологические факторы здоровья;

прикладная экология ― изучает взаимосвязи агроэкосистем, экосистем города, техносферы с окружающей средой;

экологический мониторинг ― это система наблюдения, оценки, анализа и прогноза состояния окружающей среды.

Классическая экология изучает биологические системы, т. е. занимается исследованием ограниченного мира на уровне отдельных особей (организмов), популяций, видов, биоценоза, биогеоценозов (экосистем) и биосферы. В связи с этим выделяют:

Аутэкология (экологию особей);

Демэкология (экологию популяций);

Синэкология (экологию сообществ).

Аутэкология (от греч. autos ― сам) устанавливает пределы существования особей (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействие факторов среды, их приспособленность к условиям среды обитания. Термин «аутэкология» был введён швейцарским ботаником К. Шретером в 1896 г. именно для обозначения экологии особей.

Аутэкология в качестве живой системы рассматривает отдельный живой организм (животное, растение или микроорганизм), а также среду (всё, что этот организм окружает).

^ Окружающая среда

К окружающей среде относится вся природная среда (возникшая на Земле вне зависимости от человека, и унаследованная им от предшествующих поколений) и техногенная среда (то есть среда, созданная человеком).

Понятие “окружающая среда” было введено в экологию немецким биологом Я. Юкскюлем (1864–1944), который считал, что живые существа и среда их обитания взаимосвязаны между собой и образуют вместе единую систему окружающей нас действительности. В процессе приспособления к окружающей среде организм, взаимодействуя с ней, отдаёт и принимает различные вещества, энергию, информацию.

Окружающая среда ― это всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние и функционирование (развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д.). Среда, обеспечивающая возможность существования организмов на Земле, очень разнообразна. На нашей планете можно выделить четыре качественно отличные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почву и живой организм.

^ Водная среда

Вода служит средой обитания многих организмов. Из воды же они получают все необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы. Поэтому как бы ни было высоко разнообразие водных организмов, все они должны быть приспособлены к главным особенностям жизни в водной среде. Эти особенности определяются физическими и химическими свойствами воды.

В толще воды постоянно находится большое число мелких 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 массы и, следовательно, повышающими трение об окружающую жидкость.

Другой пример ― медузы. Их способность удерживаться в толще воды определяется не только характерной формой тела, напоминающей парашют, но и его сильной обводненностью. Плотность тела медуз очень близка к плотности воды.

К передвижению в водной среде животные приспособлены по-разному. Активные пловцы (рыбы, дельфины и др.) имеют характерную обтекаемую форму тела и конечности в виде плавников. Их быстрое плавание облегчается также особенностями строения внешних покровов и наличием специальной смазки ― слизи, снижающей трение о воду.

У некоторых водных жуков выпущенный из дыхалец отработанный воздух задерживается между телом и надкрыльями благодаря не смачиваемым водой волоскам. С помощью такого приспособления водное насекомое быстро поднимается на поверхность воды, где выпускает воздух в атмосферу. Многие простейшие передвигаются при помощи колеблющихся ресничек (инфузории) или жгутиков (эвглена).

Вода обладает очень высокой теплоемкостью, т. е. свойством накапливать и удерживать тепло. По этой причине в воде не бывает резких колебаний температуры, которые часто случаются на суше. Воды полярных морей могут быть очень холодными ― близкими к замерзанию. Однако постоянство температуры позволило развиться ряду приспособлений, обеспечивающих жизнь даже в этих условиях.

Одним из наиболее важных свойств воды является способность растворять в себе другие вещества, которые могут использоваться водными организмами для дыхания и питания.

Для дыхания необходим кислород. Поэтому насыщенность им воды имеет очень большое значение.

Количество растворенного в воде кислорода уменьшается с увеличением температуры. Причем в морской воде кислород растворяется хуже, чем в пресной. По этой причине воды открытого моря тропического пояса бедны живыми организмами. И наоборот, в полярных водах, где больше кислорода, наблюдается обилие планктона ― мелких рачков, которыми кормятся представители богатой фауны, включая рыб и крупных китообразных.

Дыхание водных организмов может совершаться всей поверхностью тела или специальными органами ― жабрами. Для успешности дыхания необходимо, чтобы вблизи тела происходило постоянное обновление воды. Это достигается различными рода движениями. Для многих организмов необходимо поддержание постоянного тока воды. Это может обеспечиваться движением самого животного или особыми приспособлениями, например колеблющимися ресничками или щупальцами, которые производят возле рта водоворот, загоняющий в него пищевые частицы.

Очень важным для жизни является солевой состав воды, особенное значение для организмов имеют ионы Са2+. Моллюскам и ракообразным кальций совершенно необходим для построения раковины или панциря. Концентрация солей в воде может сильно изменяться. Вода считается пресной, если в ней содержится менее 0,5 г на литр растворенных солей. Морская вода отличается постоянством солености и содержит в среднем 35 г солей в одном литре.

^ Наземно-воздушная среда

Наземно-воздушная среда, освоенная позже в ходе эволюции водной, более сложна и разнообразна. Ей свойствен более высокий уровень организации живого.

Наиболее важным фактором жизни пребывающих 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. Формы движения крайне разнообразны: бегание, прыгание, ползание, полет и т. д. По воздуху передвигаются птицы и многие насекомые. Потоки воздуха разносят семена растений, споры, микроорганизмы.

Воздушные массы характеризуются 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 изменения температуры или избегать их. Наиболее замечательным приспособлением является развитие теплокровности, возникшее именно в наземно-воздушной среде.

В целом воздушно-наземная 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 или избегание иссушающих условий.

Большое значение для жизни наземных организмов имеет состав воздуха (79 % азота, 21 % кислорода и 0,03 % углекислого газа), который обеспечивает химическую основу жизни. Так, снижение удельного количества кислорода в воздухе в зависимости от повышения высоты местности определяет верхнюю границу жизни животных. Люди, например, никогда не образовывали постоянных поселений на высоте свыше 6000 м над уровнем моря.

Углекислый газ (диоксид углерода) является важнейшим сырьевым источником для фотосинтеза. Азот воздуха необходим для синтеза белков и нуклеиновых кислот.

Почва

Почва как среда обитания ― верхний слой суши, образованный минеральными частицами, переработанными деятельностью почвенных обитателей. Это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими её частями. Жизнь почвы необычайна богата. Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие – часть жизни. Огромную роль играет почва в жизни растений.

Условия жизни в почве во многом определяются климатическими факторами, важнейшим из которых является температура.

^ Тела организмов

Тела многих организмов могут служить жизненной средой для других организмов (паразитов, симбионтов). Главную роль для них играет обилие пищи, относительная стабильность условий, защищённость от неблагоприятных факторов, но в то же время активное сопротивление организма-хозяина. Естественно, что у организмов, живущих в определённой среде, вырабатываются специфические приспособления к экологическим условиям именно этой среды.

Это относится не только к паразитической, но и к некоторым другим формам взаимоотношений между организмами. Жизнь внутри другого организма характеризуется большим постоянством по сравнению с жизнью в открытой среде. Поэтому организмы, находящие себе место в теле растений или животных, часто полностью утрачивают органы и даже системы, необходимые свободноживущим видам. У поселившихся внутри других организмов не развиты органы чувств или органы движения, взамен которых возникают приспособления (часто весьма изощренные) для удержания себя в теле хозяина и эффективного размножения.

Среды жизни очень разнообразны. Например, вода как среда жизни может быть морской или пресной, текучей или стоячей. В этом случае говорят о среде обитания. Например, пруд (или река) является средой обитания в водной среде жизни. В свою очередь, в средах обитания различают местообитания. Так в водной среде жизни, в среде обитания озере, можно выделить местообитания: в толще воды, на дне, у поверхности и т. д.

Демэкология (от греч. demos ― народ) изучает естественные группы особей одного вида ― популяции, элементарные надорганизменные системы. Её важнейшей задачей является изучение условий формирований популяций, внутрипопуляционных взаимоотношений, динамики численности популяций.

Синэкология (от греч. syn ― вместе), или экология сообществ, изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, и взаимодействие их с окружающей средой. Термин «синэкология» предложил К. Шретер в 1902 г.


^ Тема Экологические факторы. Условия среды
Экологический фактор ― это любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

^ Классификация экологических факторов

Любой организм в окружающей среде подвергается воздействию огромного числа экологических факторов. Наиболее традиционной классификацией экологических факторов является их деление на абиотические, биотические и антропогенные.

^ Абиотические факторы ― это комплекс условий окружающей среды, влияющих на живой организм (температура, давление, радиационный фон, освещённость, влажность, долгота дня, состав атмосферы, почвы и др.). Эти факторы могут влиять на организм прямо (непосредственно), как свет и тепло, либо косвенно, как, например, рельеф местности, который обуславливает действие прямых факторов (освещенности, увлажнения ветра и т.д.).

^ Биотические факторы ― это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие (конкуренция, хищничество, паразитизм и др.). Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными.

^ Антропогенные факторы ― это совокупность влияний деятельности человека на окружающую среду (выбросы вредных веществ, разрушение почвенного слоя, нарушение природных ландшафтов). Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение.

^ Условия среды

Условиями среды, или экологическими условиями, называют изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. Условия среды налагают определенные ограничения на организмы. Количеством света, проникающим через толщу воды, ограничивается жизнь зеленых растений в водоемах. Обилием кислорода ограничивается число воздуходышащих животных. Температурой определяется активность и контролируется размножение многих организмов.

К наиболее важным факторам, определяющим условия существования организмов, практически во всех средах жизни относятся температура, влажность и свет.

Температура

Любой организм способен жить только в пределах определенного интервала температур: особи вида погибают при слишком высоких либо слишком низких температурах. Где-то внутри этого интервала температурные условия наиболее благоприятны для существования данного организма, его жизненные функции осуществляются наиболее активно. По мере того как температура приближается к границам интервала, скорость жизненных процессов замедляется и, наконец, они вовсе прекращаются ― организм погибает.

Пределы температурной выносливости у разных организмов различны. Существуют виды, способные выносить колебания температуры в широких пределах. Например, лишайники и многие бактерии способны жить при самой различной температуре. Среди животных наибольшим диапазоном температурной выносливости характеризуются теплокровные. Тигр, например, одинаково хорошо переносит как сибирский холод, так и жару тропических областей Индии или Малайского архипелага. Но есть и такие виды, которые могут жить только в более или менее узких температурных пределах. Сюда относятся многие тропические растения, как, например, орхидеи. В умеренном поясе они могут произрастать только в теплицах и требуют тщательного ухода. Некоторые кораллы, образующие рифы, могут жить только в морях, где температура воды не ниже 21 °С. Однако кораллы отмирают и когда вода сильно перегревается.

В наземно-воздушной среде и даже во многих участках водной среды температура не остается постоянной и может сильно варьировать в зависимости от сезона года или от времени суток. В тропических областях годовые колебания температуры могут быть даже менее заметны, чем суточные. И, наоборот, в умеренных областях температура значительно различается в разные времена года. Животные и растения вынуждены приспосабливаться к неблагоприятному, зимнему сезону, в течение которого активная жизнь затруднена или просто невозможна. В тропических областях такие приспособления выражены слабее. В холодном периоде с неблагоприятными температурными условиями в жизни многих организмов как бы наступает пауза: спячка у млекопитающих, сбрасывание листвы у растений и т. д. Некоторые животные совершают длительные миграции в места с более подходящим климатом.

На примере температуры видно, что этот фактор переносится организмом лишь в определённых пределах. Организм погибает, если температура среды слишком низкая или слишком высокая. В среде, где температура близка к этим крайним значениям, живые обитатели встречаются редко. Однако их число увеличивается по мере того, как температура приближается к среднему значению, которое является наилучшим (оптимальным) для данного вида.

Влажность

На протяжении большей части своей истории живая природа была представлена исключительно водными формами организмов. Завоевав сушу, они, тем не менее, не утратили зависимости от воды. Вода является составной частью значительного большинства живых существ: она необходима для их нормального функционирования. Нормально развивающийся организм постоянно теряет воду и поэтому не может жить в абсолютно сухом воздухе. Рано или поздно такие потери могут привести к гибели организма.

В физике влажность измеряется количеством водяных паров в воздухе. Однако наиболее простым и удобным показателем, характеризующим влажность той или иной местности, является количество осадков, выпадающих здесь за год или иной период времени.

Растения извлекают воду из почвы при помощи корней. Лишайники могут улавливать водяной пар из воздуха. Растения обладают рядом приспособлений, обеспечивающих минимальную потерю воды. Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения или выделения нуждаются в ее периодическом поступлении. Многие животные пьют воду; другие, например амфибии, некоторые насекомые и клещи, через покровы тела всасывают её в жидком или парообразном состоянии. Большая часть животных пустынь никогда не пьет. Они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступающей с пищей. Наконец, есть животные, получающие воду еще более сложным путем в процессе окисления жиров. Примерами могут служить верблюд и некоторые виды насекомых, например рисовый и амбарный долгоносики, платяная моль, питающиеся жиром. У животных, как и у растений, существует множество приспособлений для экономии расходов воды.

Свет

Для животных свет как экологический фактор имеет несравненно меньшее значение, чем температура и влажность. Но свет совершенно необходим живой природе, поскольку служит для нее практически единственным источником энергии.

С давних пор отличают светолюбивые растения, которые способны развиваться только под солнечными лучами, и растения теневыносливые, которые способны хорошо расти под пологом леса. Большую часть подлеска в буковом лесу, отличающемся особой тенистостью, образуют теневыносливые растения. Это имеет большое практическое значение для естественного возобновления древостоя: молодая поросль многих древесных пород способна развиваться под прикрытием больших деревьев.

У многих животных нормальные условия освещенности проявляются в положительной или отрицательной реакции на свет.

Однако наибольшее экологическое значение свет имеет в смене дня и ночи. Многие животные ведут исключительно дневной образ жизни (большинство воробьиных), другие ― исключительно ночной (многие мелкие грызуны, летучие мыши). Мелкие рачки, парящие в толще воды, держатся ночью в поверхностных водах, а днем опускаются на глубину, избегая слишком яркого света.

По сравнению с температурой или влажностью свет почти не оказывает непосредственного влияния на животных. Он служит лишь сигналом к перестройке протекающих в организме процессов, что позволяет им наилучшим образом отвечать на происходящие изменения внешних условий.

Перечисленными выше факторами вовсе не исчерпывается набор экологических условий, определяющих жизнь и распространение организмов. Важное значение имеют так называемые вторичные климатические факторы, например, ветер, атмосферное давление, высота над уровнем моря. Ветер обладает кос венным действием: усиливая испарение, увеличивая сухость. Сильный ветер способствует охлаждению. Это действие оказывается важным в холодных местах, на высокогорьях или в полярных областях.

Ответьте на вопросы

Какое влияние оказывает температура на различные виды организмов?

Каким способом животные и растения получают необходимую им воду?

Какое влияние оказывает на организмы освещённость?

Что такое условия среды?




Тема 1.3. Влияние абиотических факторов на организмы

В разных условиях среды биологические процессы протекают с различной скоростью. Например, рост многих растений зависит от концентрации различных веществ (воды, углекислого газа, азота, ионов водорода).

Рисунок 1.3.1. Действие температурного фактора на живые организмы



На примере температуры видно, что этот фактор переносится организмом лишь в определенных пределах. Организм погибает, если температура среды слишком низка или слишком высока. В среде, где температура близка к этим крайним значениям, живые обитатели встречаются редко. Однако их число увеличивается по мере того, как температура приближается к среднему значению, которое является наилучшим (оптимальным) для данного вида.

Толерантность (от греческого толеранция ― терпение) способность организмов выдерживать изменения условий жизни (колебания температуры, влажности, света). Например: одни гибнут при температуре 50°, а другие выдерживают кипячение.

В разных условиях среды биологические процессы у организмов протекают с различной скоростью. Например, рост многих растений зависит от концентрации различных веществ (воды, углекислого газа, азота, ионов водорода).

Возможно, что именно в толерантности будет состоять спасение природы от слишком неразумного воздействия человека. К тому же на Земле есть ещё места относительно мало подверженные влиянию человека. Поэтому к тому моменту, когда человек создаст невыносимые для себя условия, какая-то жизнь останется и продолжит эволюцию, если только человек не разнесёт планету в клочья в результате атомной катастрофы. Существуют также растения, которые вырабатывают вещества, приводящие к их собственной гибели.

Организмы с широким диапазоном толерантности обозначают приставкой "эври-". Эврибионт ― это организм, способный жить при различных условиях среды. Например: эвритермный ― это организм, переносящий широкие колебания температуры. Организмы с узким диапазоном толерантности обозначают приставкой "стено-". Стенобионт ― организм, требующий строго определённых условий среды. Например: форель ― стенотермный вид, а окунь ― эвритермный. Форель не выносит большие колебания температуры, если исчезнут все деревья по берегам горного потока, это приведёт к повышению температуры на несколько градусов, в результате чего форель погибнет, а окунь выживет.

При помещении организма в новые условия, он через некоторое время привыкает, адаптируется. Это приводит к сдвигу кривой толерантности и называется адаптацией или акклиматизацией. Для нормального развития организмов необходимо наличие разных факторов строго определённого качества, каждый из них должен быть и в определённом количестве. В соответствии с законом толерантности избыток какого-либо вещества может быть так же вреден, как и недостаток, то есть всё хорошо в меру. Например: урожай может погибнуть как при засушливом, так и при слишком дождливом лете.

^ Закон минимума

Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двум или большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать такому фактору, который имеется в минимальном, с точки зрения потребностей организма, количестве. Это правило было сформулировано основоположником науки о минеральных удобрениях Юстусом Либихом (1803–1873) и получило название закона минимума. Ю. Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке.

При этом по закону минимума недостаток какого-либо одного вещества не компенсируется избытком всех остальных. Если в почве много азота, калия и др. питательных веществ, но не хватает фосфора (или наоборот), растения будут нормально развиваться только до тех пор, пока не усвоят весь фосфор.

Факторы, сдерживающие развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению с потребностями, называются лимитирующими.

Положение о лимитирующих факторах существенно облегчает изучение сложных ситуаций. При всей сложности взаимоотношений организмов и среды их обитания не все факторы имеют одинаковое экологическое значение. Так, например, кислород является фактором физиологической необходимости для всех животных, но с экологической точки зрения он становится лимитирующим лишь в определенных местообитаниях. Если в реке гибнет рыба, то в первую очередь должна быть измерена концентрация кислорода в воде, так как она сильно изменчива, запасы кислорода легко истощаются, и его часто не хватает. Если в природе наблюдается гибель птиц, необходимо искать другую причину, так как содержание кислорода в воздухе относительно постоянно и достаточно с точки зрения требований наземных организмов.

^ Ответьте на вопросы

В чем состоит общая закономерность влияния экологических факторов на живые организмы?

Как проявляется акклиматизация, и какое значение она имеет в расселении организмов?

Какие факторы называют лимитирующими?



^ Тема 1.4. Экологические ресурсы. Энергетический бюджет и тепловой баланс организма
Ресурсы ― это вещества в природе, из которых организмы получают всё необходимое для своей жизнедеятельности. Ресурс может расходоваться и исчерпываться (в отличие от условий). Ресурс живых существ ― это в основном вещества, идущие на построение их тел, и энергия, необходимая для их жизнедеятельности. Иногда к ресурсам относят и пространство, если обладание этим пространством необходимое условие жизни организмов.

Тело зелёного растения создаётся из молекул неорганических веществ и ионов. Эти вещества представляют собой пищевой ресурс зелёного растения. Для построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается от солнечного излучения при фотосинтезе. Солнечное излучение ― ресурс энергетический. Сами зелёные растения являются пищевыми ресурсами для травоядных животных, которые в свою очередь являются пищевыми ресурсами для хищников, паразитов, а после смерти для микроорганизмов, использующих запасённую в трупах энергию и вещество.

Другой пример ― кислород. Это вещество является энергетическим ресурсом большинства сухопутных животных, но применительно к водным животным, например рыбам, содержание кислорода в воде можно рассматривать и как экологическое условие.

^ Солнечное излучение как ресурс

В природе для зелёных растений единственным источником энергии, которую они могут использовать в процессах жизнедеятельности, служит солнечное излучение. Энергия достигает растения в виде потока лучистой энергии Солнца.

Концентрация углекислого газа в атмосфере держится примерно на постоянном уровне ― 0,03 % и существенно не влияет на скорость фотосинтеза. Два других необходимых для фотосинтеза фактора ― количество воды и солнечной энергии ― могут значительно изменяться в зависимости от географического положения.

Если лучистая энергия при попадании на лист в тот же миг не улавливается, она безвозвратно утрачивается. Энергия излучения, связанная при фотосинтезе в виде химической энергии соединений углерода (глюкозы), проделывает свой земной путь лишь однажды. Этим она разительно отличается от атомов углерода или от молекул воды, которые неоднократно проходят через бесчисленные поколения живых существ.

Далеко не вся энергия солнечного излучения может улавливаться и использоваться растениями. Солнечная радиация содержит в себе целый спектр излучений, различающихся по физическим характеристикам. Лишь около 44 % всей падающей на земную поверхность лучистой энергии Солнца может служить источником энергии для зеленого растения.

^ Другие виды ресурсов

Помимо лучистой энергии в процесс фотосинтеза вовлекаются углекислый газ (диоксид углерода) и вода, вступающие между собой в сложные взаимодействия.

Практически весь углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, поступает из атмосферы, где его концентрация остается практически постоянной. Большая часть используемой наземными растениями воды находится в почве, где ее всасывают корни растений. Разнообразие корневых систем взаимосвязано с тем, что они приспосабливаются к тому, чтобы использовать данный вид ресурса наиболее эффективно. Это погружение устьиц в глубь листа, сочность стебля, замещение листвы иглами или шипами, способность листьев сворачиваться и многое другое.

Важным видам ресурсов для растений являются элементы минерального питания, которые в растворенном виде также извлекаются из почвы (если растение наземное) или из воды (если оно водное). К таким элементам относятся: азот, фосфор, сера, кальций, магний, железо и другие. Они необходимы и животным, которые чаще всего получают их в составе органической пищи.

Наконец, пищевым ресурсом организмов, за исключением зеленых растений и некоторых видов бактерий (способных использовать неорганические соединения, превращая их в молекулы/белков, жиров и углеводов), являются сами же организмы.

^ Энергетический бюджет и тепловой баланс организма

Поддержание жизни любого организма требует затрат энергии и нуждается в потреблении тепла, необходимого для осуществления основных физиологических и биохимических реакций.

^ Энергетический бюджет

Потребления энергии требует любая происходящая в организме работа. В процессе нашего дыхания, например, энергия расходуется на закачивание атмосферного воздуха в легкие, на реакции поглощения кислорода гемоглобином, на доставку кислорода с током крови в различные органы. Кроме того, энергия расходуется на движение, рост, размножение, поддержание иных видов жизнедеятельности организма. Всю необходимую энергию организмы получают извне и в ограниченных количествах.

Ограниченность энергетических ресурсов делает очень важным процесс их подразделения, т. е. использования на различные нужды. То, каким образом организм распределяет энергию и другие ресурсы для своих потребностей, представляет чрезвычайный интерес с точки зрения понимания взаимоотношений организма с окружающей средой.

Энергетический бюджет ― соотношение между получаемой организмом за тот или иной отрезок времени энергией и её расходом на поддержание различных процессов жизнедеятельности. Чтобы получить необходимое количество пищи, крупное животное должно перемещаться по более обширным пространствам, т. е. проделывать большую работу, чем потребляющее сходную пищу животное небольших размеров.

^ Затраты энергии на передвижение зависят не только от массы тела и образа жизни организма, но также от характера его питания. Пища травоядных животных, поедающих зеленые части растений (тех, которые пасутся, объедая траву и ощипывая листья с деревьев), обычно имеется в избытке. Поэтому такие животные, как правило, не занимают больших территорий. Хищники и те травоядные, которые вынуждены искать свою пищу, часто тратят много времени и энергии на поиск, перемещаясь по большим пространствам.

Первую группу животных принято называть «жнецами», а вторую "охотниками". "Жнецы" обычно используют пищу, имеющуюся в изобилии, и редко защищают свою территорию, а "охотники" специализированы на добывании более редкой пищи, как правило, активно охраняют занятый ими участок территории.

В районах, бедных пищей, например в пустынях, животные для добычи своего пропитания вынуждены передвигаться по большим пространствам, чем в районах, где пища в изобилии. Обширные индивидуальные участки животных, обитающих в условиях недостатка кормов, способствуют поддержанию низкой плотности обитателей этих мест. Это, в свою очередь, препятствует развитию общественного образа жизни. Поэтому сложное общественное поведение животных обычно возникает в процессе эволюции у "жнецов" или у очень подвижных "охотников" (дельфины).

Энергетическая стоимость движения зависит как от величины тела животного, так и от характера самого движения. Передвижение по суше требует небольших затрат, полет характеризуется некоторой средней величиной энергетических затрат, а плавание при хорошей обтекаемости тела и нейтральной плавучести наиболее экономично.

Тепловой баланс организма ― это отношение между количеством получаемого и отдаваемого во внешнюю среду тепла за тот или иной период времени. Он тесно связан с энергетическим балансом. Поддержание теплового баланса организма, находящегося в условиях непостоянной среды, требует выработки разнообразных приспособлений и, конечно, затрат энергии. Животные существа используют для этого разнообразную тактику.

В разное время суток или в разные сезоны года температура окружающей среды может меняться, становясь то слишком высокой, то слишком низкой. Животные, обитающие в условиях жаркого климата, должны избегать перегрева и, следовательно, должны быть способны эффективно рассеивать тепло, сокращая тепловые нагрузки. Животные холодного климата, напротив, вынуждены избегать переохлаждения ― в ходе эволюции у них появились эффективные средства удержания тепла, например мех, перья, жировая прослойка.

Организмы, получающие свое тепло из окружающей среды, называют эктотермными. Животные, производящие большую часть собственного тепла за счет биохимических окислительных реакций, относятся к эндотермным организмам.

Эндотермные животные могут активно регулировать температуру тела. Однако для поддержания постоянной температуры тела такому животному требуется гораздо больше энергии. Поэтому даже при оптимальных температурах среды эндотермные её обитатели потребляют энергию во много раз быстрее, чем эктотермные. В холодное время года потребление энергии у эндотермных организмов ещё более возрастает.

Регулировать температуру могут не только эндотермные, но и эктотермные организмы, перемещаясь в зоны с подходящим температурным режимом. Рано утром, когда температура воздуха низкая, ящерица выбирает участок с наиболее теплым микроклиматом (небольшое углубление на открытой местности или стволы деревьев), стараясь расположиться таким образом, чтобы солнечные лучи падали на неё под прямым углом. По мере повышения температуры в течение дня ящерица начинает искать более прохладный затененный участок. Таким образом она может сохранять активность в течение более продолжительного времени, чем при температуре, которая пассивно следовала бы за изменением окружающей среды.

Сохранение активности позволяет пусты