Наземно-воздушная среда
В ходе эволюции наземно-воздушная среда была освоена значительно позднее, чем водная. В этой среде происходят те же процессы, что и в водной, но значения их параметров значительно отличается, поскольку эта среда характеризуется другим агрегатным состоянием и большим количеством поверхностей раздела фаз вещества.
Основные процессы в воздушной среде, их наиболее важные параметры и приспособления организмов
1. Воздушная среда представлена смесью газов и паров воды. Она характеризуется такими параметрами экологических процессов, как низкая влажность, плотность, давление, более высокая интенсивность света в сравнении с другими средами, значительные колебания температуры. Следует иметь в виду, что конкретные значения параметров процессов, характеризующие среды обитания отдельных видов, в настоящее время имеют для них условное или ресурсное значение, а факторное приобретают лишь при катастрофических изменениях в среде.
2.Гравитационное взаимодействие – обязательный условный процесс для всех обитателей Земли. В отсутствии силы тяжести нарушается согласованность роста разных органов и дифференциация тканей у растений и животных. В первых космических опытах на живых организмах было установлено, что без силы тяжести корни растений «не знали» куда расти и растения погибали.
Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную опорность, поэтому все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, служащей им для прикрепления и опоры. Малая плотность воздуха создает незначительную сопротивляемость движению по поверхности земли, однако затрудняет перемещение по вертикали. Многие наземные животные в ходе эволюции приобрели способность к полету, 75% из них способны к активному полету – это в основном насекомые и птицы. Организмы, осуществляющие пассивный полет, имеют мелкие размеры тела, увеличение его площади за счет выростов, сильного расчленения, используют паутину. Малая подъемная сила воздуха определяет предельную массу и размеры наземных организмов: самые крупные животные на поверхности земли мельче, чем гиганты водной среды.
3. Теплообмен - условный процесс. Самая низкая температура была зарегистрирована в Антарктике – около -90 оС, а самая высокая 52 оС Большинство организмов на земле приспособлены к значительному колебанию температур – эвритермны, (кроме существующих на экваторе - стенотермные). Например, сезонный размах температуры в пустынях Средней Азии 68-77 оС, а суточный – 25-38 оС. Возможности приспособления организмов к таким условиям определяются хорошими теплоизоляционными свойствами воздушной среды.
4. Влагообмен – условный процесс. Основные параметры – влажность воздуха, количество осадков.
Процессы, определяемые дефицитом влаги, являются лимитирующими условиями в наземной среде. Режимы влажности на суше разнообразны – от полного и постоянного насыщения воздуха водяными парами, где в год выпадает несколько тысяч мм осадков (области муссонно-тропического климата), до практически полного их отсутствия в сухом воздухе пустынь. Эволюция наземных организмов проходила в направлении повышения эффективности добывания и сохранения влаги. Существуют разные стратегии приспособления организмов к влажности среды. Для растений это:
· много добывать и много расходовать (у растений, которые живут при высокой влажности – околоводные формы);
· экономия в получении и расходовании воды (ксерофиты и ксерофилы);
· запасание воды в соответствующих органах (суккуленты);
· подстройка жизненного цикла - эфемеры (однолетние растения с коротким жизненным циклом) и эфемероиды (многолетние растения с коротким вегетационным периодом);
· специфичный солевой режим (солянки и солеросы накапливают в тканях большое количество соли);
· большая поверхность листьев для улавливания росы.
Аналогичные стратегии имеют и животные. В результате приспособлений организмы обладают свойствами, обеспечивающими их существование в избыточно влажных или засушливых условиях.
Параметры влагообмена зависят от географического положения, сезона и времени суток.
5.Распространение света в среде. На суше более высокая интенсивность светового потока, но большая часть его поглощается или отражается растениями. В результате в наземных местообитаниях света не хватает, и растения начинают конкурировать за световой ресурс. В различных зонах и местах обитания интенсивность радиации, ее спектральный состав, а так же продолжительность освещения разная. У растений наземно-воздушной среды выработались анатомо-морфологические и физиологические приспособления к различным условиям светового режима. К первым относятся: величина листовых пластинок, их расположение в пространстве и ориентация, развитие палисадной ткани, величина и количество хлоропластов, их способность к изменению ориентировки и перемещению в пространстве; ко вторым - изменение процессов фотосинтеза в зависимости от интенсивности света. У животных на свету нормально идут процессы минерального обмена и осуществляется ориентация.
6. Газовый состав наземно-воздушной среды сформировался за счет жизнедеятельности организмов и, в первую очередь, растений. В настоящее время воздух содержит примерно 78.1% азота, 20.9% кислорода, 1% инертных газов и 0.034% углекислого газа. До существования растений свободный кислород возникал только в результате фотолиза воды. В начале формирования атмосферы, как среды с более высоким содержанием кислорода, чем водная, она оказывала на организмы факторное воздействие. В ходе эволюции организмы приспосабливались к параметрам процессов воздушной среды, и они приобрели для них условное значение. Таким образом, живые организмы изменились сами и модифицировали значения параметров процессов в сторону увеличения жизнепригодности для себя. К тому же озон, пары воды и углекислый газ способны поглощать ультрафиолетовую радиацию (то есть устранять факторное воздействие на организмы), в результате чего растения и животные вышли на сушу.
Для водной среды характерно движение водных масс – водные течения, для наземной – движение воздушных масс – ветер. Благодаря ветру изменяются параметры тепло- и влагообмена, а отсюда транспирация у растений и испарение воды с поверхности тела животных. На островах ветер имеет формообразующее значение для животных и растений …
В наземной-воздушной сфере различают две зоны:
· Зона обитания растений и животных организмов – она существует на разделе фаз. Растения корнями закреплены в почве, животные ходят по земле, ползают по растениям, питаются и прочее.
· Зона перемещения – это воздушное пространство, характеризующееся недостатком влаги и питательных элементов. В ней требуются приспособления к полету, для защиты от ультрафиолетового излучения, высыхания.
Характеристики водной и наземной сред определяются прежде всего плотностью и термическими свойствами воды и воздуха (параметры условий), а также относительной доступностью воды, кислорода, минеральных веществ (параметры ресурсов).