Водная среда способы адаптации

*§ 7—1. Адаптации животных к различному водному режиму среды

Сайт:	Профильное обучение
Курс:	Биология. 10 класс
Книга:	*§ 7—1. Адаптации животных к различному водному режиму среды
Напечатано::	Гость
Дата:	Пятница, 19 Ноябрь 2021, 22:38

Оглавление

Экологические группы животных по отношению к водному режиму среды

Вода является абиотическим фактором в жизни животных. Она жизненно необходима всем им. Для многих животных это среда обитания (как для типичных жителей морей, океанов и пресных водоемов, так и для водоплавающих птиц), и они не испытывают в ней недостатка. Большинство обитателей засушливых мест способны достаточно долго обходиться без воды. Однако для подавляющего большинства наземных представителей фауны потребление необходимого для их организма количества воды является проблемой.

Животные могут получать воду тремя основными путями: через питье, вместе с сочной пищей и в результате метаболизма, то есть за счет окисления органических веществ — жиров, белков и углеводов. Некоторые животные могут впитывать воду через покровы из влажного субстрата или воздуха.

Потери воды у животных происходят через испарение покровами или со слизистых оболочек дыхательных путей, путем выведения из тела мочи и непереваренных остатков пищи. Хотя животные могут выдерживать кратковременные потери воды, но в целом ее расход должен возмещаться. Потери воды приводят к гибели быстрее, чем голодание.

Влажность воздуха также очень важна для животных, так как от нее зависит величина испарения с поверхности тела. Потери воды через испарение обусловлены строением покровов. Некоторые виды не могут обитать в сухом воздухе и нуждаются в полном его насыщении водяными парами. Другие без вреда для себя населяют самые засушливые районы.

По потребности к водному режиму местообитаний наземные животные подразделяются на три экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.

Гигрофилы — это животные, обитающие на участках с повышенной влажностью: в заболоченных местах, во влажных лесах, в поймах рек, по берегам водоемов, а также в почве (дождевые черви) или в гниющей древесине. В эту группу входят земноводные (лягушки, жабы), крокодилы, бобры, выдры, стрекозы, жуки-прицепыши и др. Их можно назвать влаголюбивыми наземными организмами. У этих животных практически отсутствуют механизмы регуляции водного обмена, они не способны накапливать большое количество воды в своем теле и удерживать его длительное время. Это обстоятельство вынуждает их постоянно пополнять запасы воды.

Мезофилы — это животные, существующие в условиях умеренной влажности и средних температур. Это самая многочисленная группа. К ним относится большинство обитателей средних широт: лоси, лошади, медведи, волки, кабаны, зайцы, белки, лесные птицы, многие насекомые.

Ксерофилы — это животные, приспособленные к условиям жизни в местах с пониженной влажностью, часто в условиях недостатка воды.
Они обитают в пустынных и степных природных зонах. Ксерофилы хорошо переносят отсутствие влаги, у них уменьшено испарение воды с кожи. В эту группу входят верблюды, дрофы, страусы, змеи, вараны, насекомые (жуки скарабеи), грызуны (суслики, тушканчики). Они довольствуются влагой, получаемой с пищей, или метаболической водой, образующейся в результате распада жиров.

Адаптации животных к различному водному режиму

Наземные животные для восполнения потерь воды вследствие выделения и испарения нуждаются в ее потреблении. Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. В зависимости от водного режима среды у них выработались разные типы адаптаций: физиологические, морфологические и поведенческие.

Физиологические адаптации — это особенности процессов жизнедеятельности, которые помогают сохранять влагу в организме и восполнять ее дефицит. К ним относятся: экономия воды при выделении продуктов метаболизма, образование метаболической воды, выносливость по отношению к обезвоживанию, потоотделение, удаление воды со слизистых оболочек.

Выносливость к обезвоживанию, как правило, выше у животных, подвергающихся тепловым перегрузкам. Для человека потеря воды, превышающая 10 % массы тела, смертельна. Собаки переносят потери воды до 17 %, овцы — до 23 %, верблюды — до 27 %.

Экономия воды в пищеварительном тракте достигается благодаря всасыванию как можно большего количества воды в пищеварительной и выделительной системах (в зависимости от условий среды) и продуцированию сухих экскрементов. У насекомых, обитающих в засушливых районах, выделительные органы — мальпигиевы сосуды — свободными концами входят в стенку задней кишки и всасывают воду из ее содержимого. Таким образом, вода вновь возвращается в организм (пустынные жуки чернотелки, муравьиные львы, личинки божьих коровок). Пресмыкающиеся и птицы экономят воду при выделении мочи и кала. Есть животные более специализированные к жизни в этих условиях. Например, слоновая черепаха запасает воду в мочевом пузыре.

У животных в условиях недостатка влаги большое значение имеет использование метаболической (эндогенной) воды, образующейся в результате окисления жиров и некоторых других веществ. Жир откладывается у животных в специально предназначенных местах: у верблюда — в горбах; у овец — в курдюке; у многих грызунов — под кожей; у тушканчиков, песчанок, лемуров мышиных — в основании хвоста; у варана — в хвосте; у насекомых — в жировой ткани. Запасы жира иногда значительны — у верблюда до 110—120 кг.

Испарение воды (потоотделение через потовые железы или через слизистую оболочку), связанное с терморегуляцией, также обеспечивает регулирование водного обмена, но может быть причиной истощения водных ресурсов организма.

При обезвоживании у животных появляется чувство жажды, и они пьют воду, а также поглощают ее кожными покровами. Мелкие животные пустынь (грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие) добывают воду, поедая растения с сочными побегами. Таким образом, в организм животных поступает питьевая вода и вода корма. В составе корма ее содержание варьирует от 10 до 95 %. Питьевая вода и вода, освобождающаяся при расщеплении корма, называется экзогенной водой. Экзогенная вода всасывается в кишечнике, поступает в кровяное русло и включается в процессы обмена веществ.

К морфологическим адаптациям относятся приспособления, задерживающие воду в теле животных. Насекомые и паукообразные имеют многослойную хитинизированную кутикулу, пресмыкающиеся — роговой покров тела (роговые чешуи и пластинки). У наземных моллюсков имеются раковины, тело птиц покрыто перьями, а млекопитающих — шерстью.

Степень развития хитинизированной кутикулы у членистоногих зависит от режима влажности местообитаний и определяет их способность противостоять иссушению. Личинки, живущие в воде, почве, древесине и других влажных субстратах, как правило, полностью или частично лишены хитинизированной кутикулы.

Поведенческие адаптации заключаются в том, что большинство животных активны в поисках воды. К числу поведенческих приспособлений относятся: поиски водопоев, рытье нор и зарывание в грунт, выбор благоприятных мест обитания. В норах влажность воздуха приближается к 100 %, даже когда на поверхности очень сухо. Это снижает необходимость испарения через покровы и экономит влагу в организме.

В эффективности поведенческих приспособлений для обеспечения водного баланса можно убедиться на примере пустынных мокриц. Мокрицы — типичные ракообразные, не отличающиеся особыми анатомо‑морфологическими приспособлениями к наземному образу жизни. Тем не менее представители рода Hemilepistus освоили самые сухие и жаркие места на Земле — глинистые пустыни. Они роют глубокие вертикальные норки, где всегда влажно, и покидают их, выходя на поверхность, лишь в те часы суток, когда высока влажность приземного слоя воздуха. Когда почва иссушается особенно сильно и возникает угроза снижения влажности воздуха в норке, самки закрывают отверстие сильно склеротизированными передними сегментами тела, создавая замкнутое, насыщенное парами воды пространство и оберегая молодь от высыхания.

Подвижность и выносливость позволяют животным мигрировать на большие расстояния в поисках воды. Так ведут себя обитатели африканских саванн — слоны, антилопы, зебры, жирафы. Более привычные для нашего континента верблюды, куланы, сайгаки тоже совершают большие переходы в поисках воды: они периодически посещают места водопоя. Порой этим животным на сухой период приходится мигрировать в районы с большей влажностью. Некоторые из них в сухой период переходят на ночной образ жизни или впадают в летнюю спячку (суслики, сурки, черепахи).

Повторим главное. Животные, обитающие в воде, не испытывают в ней недостатка. Для подавляющего большинства наземных животных потребление достаточного количества воды является проблемой. Они могут получать воду через питье, вместе с сочной пищей и в результате метаболизма. Потери воды у животных происходят через испарение покровами или со слизистых оболочек дыхательных путей, путем выведения из тела мочи и непереваренных остатков пищи. По потребности к водному режиму местообитаний наземные животные подразделяются на три экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы. У каждой группы к определенному водообеспечению среды выработались разные типы адаптаций: физиологические, морфологические и поведенческие.

Проверим знания

1. Какие экологические группы животных выделяют по отношению к влаге?
2. Охарактеризуйте адаптации ксерофилов. Назовите их представителей.
3. Какие отличительные черты строения имеют гигрофилы? Назовите их представителей.

1. Что такое метаболическая вода? Какие животные ее используют?
2. Как зависит локализация подкожного жира у животных от водного режима среды обитания? Покажите на примере конкретных организмов. Объясните причину разной локализации у них подкожного жира.

Индивидуальное домашнее задание. На основании материала параграфа и дополнительных источников информации составьте таблицу представителей экологических групп животных по отношению к водному режиму среды, типичных для вашего региона. Для каждого представителя приведите характеристику физиологических, морфологических и поведенческих адаптаций. Объясните причину различий между ними.

Источник

§ 10. Адаптации организмов к жизни в воде. Экологические группы водных животных

Сайт:	Профильное обучение
Курс:	Биология. 10 класс
Книга:	§ 10. Адаптации организмов к жизни в воде. Экологические группы водных животных
Напечатано::	Гость
Дата:	Пятница, 19 Ноябрь 2021, 22:38

Оглавление

Преамбула

Для водной среды жизни характерно большое разнообразие автотрофных и гетеротрофных организмов. Наибольшее разнообразие видов наблюдается в тропических и субтропических морях на глубине, не превышающей 200—500 м.

Адаптации растений к жизни в воде

В соленых водах из многоклеточных автотрофов обитают только водоросли. К изменению состава солнечного спектра в зависимости от глубины они приспособились путем изменения состава своих пигментов (см. § 9).

В пресных водоемах в стеблях растений слабо развиты механические ткани. Например, если извлечь из воды кувшинку белую или кубышку желтую, то их стебли поникают и не способны поддерживать цветки в вертикальном положении. Опорой для них служит вода за счет ее высокой плотности.

Адаптацией к недостатку кислорода в воде является наличие в органах водных растений воздухоносной ткани (аэренхимы). Минеральные вещества находятся в воде в растворенном состоянии, поэтому слабо развиты проводящие ткани и корневая система. Корни могут вообще отсутствовать (вольфия бескорневая) либо служить только для закрепления в субстрате (рогоз, стрелолист, частуха), поэтому корневых волосков на корнях нет. Листья чаще тонкие и длинные, либо сильно рассеченные. Устьица у плавающих листьев находятся на верхней стороне, а у погруженных в воду — отсутствуют. Для некоторых растений, имеющих погруженные в воду и надводные листья (кувшинка, стрелолист), характерно наличие листьев разной формы — гетерофилия.

Пыльца, плоды и семена водных растений приспособлены к распространению водой. Они имеют пробковые выросты или прочные оболочки, предотвращающие попадание воды внутрь и загнивание.

*Экологические группы водных животных

В водной среде животный мир более богат, чем растительный. Поскольку животные относятся к гетеротрофам и солнечный свет не является для них условием существования, то они заселили водную среду до самых больших глубин. По типу морфологических и поведенческих адаптаций гидробионтов разделяют на три основные экологические группы: планктон, нектон, бентос.

Планктон (от греч. planktós — парящий, блуждающий) — организмы, обитающие в толще воды и передвигающиеся под действием ее тока. В зависимости от систематической принадлежности их разделяют на зоопланктон, фитопланктон и микробопланктон. К зоопланктону относятся животные: кишечнополостные, мелкие ракообразные, личинки некоторых других беспозвоночных. Фитопланктон представлен водорослями и автотрофными протистами, а микробопланктон — бактериями.

Все адаптации зоопланктона в основном направлены на повышение плавучести тела:

1) увеличение поверхности тела за счет сплющивания и удлинения формы, развития выростов и щетинок, образование гидрофобных поверхностей тела;

2) уменьшение плотности тела в связи с редукцией скелета, наличием жировых капель, пузырьков воздуха, слизистых чехлов, пенистых поплавков.

Нектон (от греч. nēktós — плавающий) — организмы, обитающие в толще воды и ведущие активный образ жизни. Типичными представителями нектона являются головоногие моллюски, рыбы, китообразные, ластоногие. В пресных водоемах кроме рыб к нектону относятся земноводные и активно плавающие насекомые. Противостоять течению им помогают адаптации к активному плаванию и уменьшению трения тела. Активное плавание достигается за счет хорошо развитой мускулатуры. При этом могут использоваться энергия выбрасываемой струи воды, изгибание тела, плавники, ласты. Уменьшению трения тела способствуют: обтекаемая форма тела, эластичность кожных покровов, наличие на коже чешуи и слизи.

Некоторые представители нектона способны развивать очень высокую скорость. Например, кальмары могут передвигаться со скоростью 45—50 км/час, меч-рыба — до 130 км/ч, а рыба-парусник может развивать скорость до 150 км/ч.

Бентос (от греч. bénthos — глубина) — организмы, обитающие на дне или в толще донного грунта морских и континентальных водоемов. Бентос подразделяют на растительный (фитобентос) и животный (зообентос).

В морском зообентосе животные различаются по положению относительно грунта. Одни из них обитают в толще грунта либо в иле (инфауна — ланцетник, многощетинковые черви, некоторые двустворчатые моллюски и иглокожие). Другие животные живут на поверхности дна и либо прикрепляются к субстрату (эпифауна — губки, гидроиды, актинии и кораллы, мшанки, морские желуди), либо активно передвигаются по поверхности грунта (онфауна — моллюски, большинство иглокожих, ракообразные). К бентосу также относят плавающих вблизи дна и лишь периодически опускающихся на дно животных (нектобентос — креветки, мизиды, голотурии, скаты, камбала).

В пресных водоемах зообентос качественно и количественно беднее, чем в морских. Из животных в него входят простейшие, губки, круглые черви, малощетинковые черви, пиявки, моллюски, ракообразные и личинки водных насекомых.

Адаптации бентосных организмов направлены на уменьшение плавучести:

1) утяжеление тела за счет раковин (моллюски), хитинизированной кутикулы (раки, крабы, омары, лангусты);

2) закрепление на донном субстрате с помощью органов фиксации (присоски у пиявок, крючья у личинок ручейников) или уплощенного тела (скат, камбала). Некоторые представители зарываются в грунт (многощетинковые черви).

В озерах и прудах выделяют еще нейстон — экологическую группу организмов, которые связаны с поверхностной пленкой воды и постоянно или временно обитают на этой пленке или до 5 см вглубь от ее поверхности. Их тело не смачивается, его плотность меньше плотности воды. Особым образом устроенные конечности позволяют передвигаться по поверхности воды, не погружаясь. Представителями нейстона являются: одноклеточные водоросли, мелкие легочные моллюски, водомерки, жуки вертячки, личинки комаров.

Своеобразной экологической группой водных организмов является также перифитон — организмы, образующие на вертикальных подводных объектах (сваи, опоры мостов, подводные части корпусов морских судов) пленку обрастания. Представителями перифитона являются водоросли, бактерии, протисты, ракообразные, двустворчатые моллюски, малощетинковые черви, мшанки, губки.

Повторим главное. В соленых водах обитают только водоросли, содержащие широкий спектр фотосинтетических пигментов. В органах растений, обитающих в пресных водоемах, имеется воздухоносная ткань (аэренхима), но слабо развиты механические и проводящие ткани. Корневая система лишена корневых волосков либо отсутствует. По характеру адаптаций водных животных разделяют на три основные экологические группы: планктон, нектон, бентос.

Проверим знания

1. Назовите отличительные особенности строения водных растений.
*2. Какие экологические группы животных выделяют в водной среде?
* 3. Какие адаптации имеются у нектона к высокой плотности воды?
*4. Из перечисленных ниже животных выберите представителей бентоса: двустворчатые моллюски, кальмар, медуза, скат, осьминог, креветка, дафния, сом, краб, еж морской.

1. Опишите распределение живых организмов в водной среде и поясните, от каких физических и химических факторов оно зависит.
2. Почему животный мир в водной среде намного богаче, чем растительный? Дайте аргументированный ответ с учетом их морфофизиологических особенностей.

*Индивидуальное домашнее задание. Используя иллюстрации из дополнительных источников информации, составьте сравнительную характеристику морфологических особенностей видов гидрофитов и растений луга или леса. Объясните причину их различий.

Источник