Занятие. Характеристика водной среды

1. Охарактеризуйте свойства воздуха, как компонента наземно-воздушной среды.

Воздух обладает низкой плотностью, поэтому не может выполнять функцию опоры для организмов (за исключением летающих). Именно низкая плотность воздуха определяет его незначительное сопротивление при передвижении организмов по поверхности почвы и затрудняет их перемещение в вертикальном направлении. Низкая плотность воздуха обусловливает также низкое давление на суше (760 мм рт. ст. = 1 атм). Вследствие высокой прозрачности воздух гораздо меньше, чем вода, препятствует проникновению солнечного света. Газовый состав воздуха относительно постоянен. В качестве примесей в воздухе присутствуют водяные пары и загрязнители.

2. Какие факторы наземно-воздушной среды являются лимитирующими? Почему?

Влажность зачастую является лимитирующим фактором наземно-воздушной среды. Температура же имеет суточную и сезонную периодичность, к которой организмы адаптировались с момента выхода жизни на сушу. Поэтому она реже, чем влажность, проявляет себя как лимитирующий фактор.

3. Перечислите особенности почвы, как среды жизни.

Для почвы характерны следующие свойства: определенная структура, влажность, температурный режим, аэрация (обеспечение воздухом), реакция среды (рН), засоленность. Вертикальная структура почвы имеет три основных горизонта, которые сильно различаются по химическому составу и физическим свойствам. Плотность почвы увеличивается с глубиной. Влажность, температура и аэрация почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1-1,5 м уже не прослеживаются. Гидротермический режим почвы и ее аэрация зависят от структуры почвы. Глинистые почвы по сравнению с песчаными сильнее удерживают влагу, хуже аэрируются и хуже прогреваются.

4. Обоснуйте необходимость появления у растений механических, покровных и проводящих тканей в связи с выходом в наземно-воздушную среду.

Воздух обладает низкой плотностью, поэтому не может выполнять функцию опоры для организмов. В связи с эти у организмов, ведущих наземный образ жизни, выработались механические ткани.

5. Какие адаптации животных позволяют им обитать в почве?

Животные, обитающие в почве, имеют ряд адаптаций для жизни в ней. Для них характерны разные способы передвижения в почве: рытье ходов, раздвигание почвенных частиц и прокладывание ходов и др. В связи с этим в процессе эволюции выработались соответствующие адаптации: копательные конечности у землероющих организмов, гидростатический скелет у кольчатых червей, коготки у насекомых, многоножек. Почвенные животные имеют короткое компактное тело с не намокающими покровами (млекопитающие) или покрытое слизью. Недостаток света в почве привел к снижению зрения у многих почвенных животных.

6. Почему после обильного дождя на поверхности почвы можно увидеть много дождевых червей?

Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэрацию (снабжение кислородом), поэтому после дождя черви выползают на поверхность.


Сравнительная характеристика сред обитания Характеристика среды обитания ВодаСуша 1. Плотность средыВысокаяНевысокая 2. Доступность кислорода Количество кислорода, растворенного в воде, относительно невелико и может существенно меняться в зависимости от условий Кислород- составная часть воздуха, его количество постоянно, а доступность неограниченна 3. Вес тела в средеСила тяжести уравновешивается архимедовой силой Вес тела в полной мере определяется силой тяжести 4. Испарение с поверхности тела Испарения нет, избыток влаги Существенное испарение, особенно при высокой температуре 5. Температурный режим Колебания температуры в ограниченных пределах Существенные колебания температуры как в течение суток, так и в разные сезоны года 6. Прозрачность среды (видимость) НебольшаяБольшая


Черты приспособленности земноводных К наземной средеК водной среде влажная, голая кожа обеспечивает кожное дыхание; ноздри; легкие; веки: защита глаз от засорения; увлажнение поверхности глаз; барабанная перепонка отделяет от внешней среды полость среднего уха; свободные конечности для передвижения наличие плавательной перепонки между пальцами как приспособление к передвижению в воде; размножение возможно только в воде; кожное дыхание.


1-позвоночник, 2- череп, 3- плечевой пояс, 4- плечо, 5- предплечье, 6- кисть, 7- тазовый пояс, 8- бедро, 9- голень, 10- стопа 1. Найдите в скелете лягушки основные отделы: череп, позвоночник, пояса передних и задних конечностей, кости передних и задних конечностей. 2. Рассмотрите череп, определите его форму. Найдите мозговую часть черепа и кости верхней и нижней челюстей. 3. Найдите позвоночник, подсчитайте число позвонков в нём. Обратите внимание на то, что многие из них прочно соединены между собой. 4. Найдите плечевой пояс – опору передних конечностей. Он состоит из вороньих костей, лопаток, ключиц и грудины, которые полукольцом охватывают туловище. 5. Рассмотрите кости передних конечностей, плечо, предплечье, которое состоит из двух костей, и кисть с четырьмя пальцами. 6. Найдите пояс задних конечностей – таз. Он состоит из сросшихся костей и очень плотно примыкает к позвоночнику. 7. обратите внимание на длинные кости задних конечностей: бедро, голень, стопу.


Особенности строения и значение скелета лягушки Отделы скелета Название костей, Особенности строения Значение 1. Череп 2. Позвоночник 3. Плечевой пояс 4. Скелет передних конечностей 5. Пояс задних конечностей 6. Скелет задних конечностей Отделы скелета Название костей, Особенности строения Значение 1. ЧерепМозговая часть, кости челюстей Защита головного мозга 2. ПозвоночникПозвонки (у лягушки 9: хвостовой отдел) Защита спинного мозга и опора внутренних органов 3. Плечевой поясЛопатки, ключицы, грудина, вороньи кости Опора для передних конечностей 4. Скелет передних конечностей Плечевая кость, кости предплечья, кости кисти Участвуют в передвижении 5. Пояс задних конечностей Сросшиеся тазовые кости, прочно соединяющиеся с позвоночником Опора задним конечностям 6. Скелет задних конечностей Кость бедренная, большая и малая берцовые кости, кости стопы Участвуют в передвижении


Выберите правильный ответ. 1. На приспособленность лягушки к обитанию в воде указывает: а) короткое тело, лишённое хвоста б) заострённая клиновидная голова в) перепонка на задних конечностях 2. На приспособленность лягушки к наземному образу жизни указывает: а) широкое туловище б) наличие конечностей в) клиновидная голова 3. Слизь, выделяемая кожными железами, предохраняет лягушку от высыхания. Кроме того слизь: а) помогает добывать пищу б) помогает передвигаться в воде, уменьшая её сопротивление в) защищает организм от бактерий 4. У земноводных есть подвижные веки. Это является: а) приспособлением к жизни в воде б) признаком хорошего зрения в) приспособлением к наземному образу жизни 5. Долго находясь под водой, лягушка не погибает, хотя у неё и нет жабр, потому что: а) органом дыхания лягушки является кожа, богатая кровеносными сосудами б) лягушка расходует запас воздуха, находящийся в лёгких в) жизненные процессы в организме лягушки резко замедляются 6. При движении лягушки основную роль играет: а) передняя пара ног б) задняя пара ног в) обе пары ног 7. При движении в воде: а) лягушка плавает вперёд, отталкиваясь задними лапами б) задние конечности обеспечивают всплытие лягушки в) задние конечности управляют положением тела в воде

ЧЕРВЯГА ТОМСОНА (Caecilia thompsoni) НАСТОЯЩАЯ ЧЕРВЯГА (Caecilia tentaculata) ОКСАКАНСКАЯ ЧЕРВЯГА (Dermophis oaxacae) ЦЕНТРАЛЬНОАМРИКАНСКАЯ ЧЕРВЯГА (Gymnopis multiplicata) ЧАНГАМСКАЯ ЧЕРВЯГА (Boulengerula changamwensis) МЕКСИКАНСКАЯ ЧЕРВЯГА (Dermophis mexicanus)

В наземно-воздушной среде действующие экологические факторы имеют ряд характерных особенностей: более высокая интенсивность света в сравнении с другими средами, значительные колебания температуры, изменение влажности в зависимости от географического положения, сезона и времени суток (табл. 5.4).[ ...]

Воздействие факторов, перечисленных выше, неразрывно связано с движением воздушных масс - ветра.[ ...]

Рассмотрим особенности воздействия основных экологических факторов на растения и животных в наземно-воздушной среде жизни.[ ...]

Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную опорность. Все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, служащей им для прикрепления и опоры. Плотность воздушной среды не оказывает высокого сопротивления организмам при их передвижении по поверхности земли, однако затрудняет перемещение по вертикали. Для большинства организмов пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.[ ...]

Малая подъемная сила воздуха определяет предельную массу и размеры наземных организмов. Самые крупные животные, обитающие на поверхности земли, меньше, чем гиганты водной среды. Крупные млекопитающие (размером и массой современного кита) не могли бы жить на суше, так как были бы раздавлены собственной тяжестью. Гигантские ящеры мезозоя вели полуводный образ жизни. Другой пример: высокие прямостоячие растения секвойи (Бея а Бетреп гепБ), достигающие 100 м, обладают мощной опорной древесиной, в то время как в слоевищах гигантских бурых водорослей МасгосуБЙз, вырастающих до 50 м, механические элементы лишь очень слабо обособлены в сердцевинной части таллома.[ ...]

Малая плотность воздуха создает незначительную сопротивляемость передвижению. Экологические выгоды этого свойства воздушной среды использовали многие наземные животные в ходе эволюции, приобретя способность к полету. 75% всех видов наземных животных способны к активному полету. Это большей частью насекомые и птицы, но встречаются и млекопитающие, и рептилии. Наземные животные летают, главным образом, с помощью мускульных усилий. Некоторые животные могут и планировать за счет воздушных течений.[ ...]

Анемохорные семена и плоды растений обладают также очень мелкими размерами (например, семена кипрея) или разнообразными крыловидными (клен Acer pseudoplatanum) и парашютовидными (одуванчик Taraxacum officinale) придатками (рис. 5.35).[ ...]

Ветроопыляемые растения обладают целым рядом приспособлений, которые улучшают аэродинамические свойства пыльцы. Цветочные покровы у них обычно редуцированы и пыльники ничем не защищены от ветра.[ ...]

При ветре легче переносится жара и тяжелее морозы, быстрее наступает иссушение и охлаждение организмов.[ ...]

Наземные организмы существуют в условиях относительно низкого давления, которое обусловлено малой плотностью воздуха. В целом наземные организмы более стенобатны, чем водные, потому что обычные колебания давления в окружающей их среде составляют доли атмосферы, и для поднимающихся на большую высоту, например, птиц, не превышают / нормального.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Тема: «Живые организмы и среда их обитания»

Цели занятия:

Обучающая:

1. Проверить уровень знаний по теме «Виды экологических факторов»

2. Сформировать понятия: «гомойотермные, пойкилотермные организмы, планктон, нектон, бентос».

3. Дать представления об основных типах сред жизни организмов.

4. Углубить знания учащихся о приспособлениях организмов к среде обитания.

Развивающая:

1. Развить способности применять полученные знания и умения для решения экологических задач

2. Развить познавательные интересы и интеллектуальные способностии самостоятельного приобретения знаний по экологии в соответствии с возникающими жизненными потребностями.

3. Развить распространение экологических знанийи личному участию в практических делах по защите окружающей среды.

Воспитательная:

1. Воспитать потребности поведения и деятельности, направленных на соблюдение здорового образа жизни и улучшение состояния окружающей среды.

2. Воспитать чувство бережного отношения к природе.

3. Пропагандировать профессионализм.

Методы обучения:

словесный: (объяснение, беседа)

наглядный: (таблицы, схемы).

Тип занятия: теоретическое

Межпредметные связи:

Обеспечивающие:

биология (тема – адаптация живых организмов, её виды)

физика (тема – плотность, температура, давление)

география (тема – климат Земли, климатическая зональность)

Обеспечиваемые:

Патологическая анатомия и физиология человека

Медицинская генетика

Основы патологии

Здоровый человек и его окружение

Основы микробиологии, вирусологии, иммунологии.

Гигиена и экология человека.

Внутрипредметные связи:

тема: «Классификация живых существ»

тема: «Виды экологических факторов»

тема: «Экология популяций»

тема: «Связи организмов экосистеме»

Оснащение занятия:

1. Таблицы:

· «Действие факторов на живой организм»

· «Правило оптимума»

· «Формы приспособлений растений и животных к среде обитания» .

2. Дидактический материал:

· Фильм ВВС «Вода для организмов»

·Мультимедийная презентация

Среды жизни и адаптации к ним организмов

Наряду с понятиями «среда», «местообитание», «природная среда», «окружающая среда» широко используется термин «среда жизни». Все разнообразие условий на Земле объединяет в четыре среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (в последнем случае одни организмы являются средой для других).

Среды жизни выделяются обычно по фактору или комплексу факторов. Эти факторы являются средообразующими и обуславливают свойства сред. Рассмотрим кратко присущие названным средам жизни свойства, лимитирующие факторы и адаптации организмов.

Водная среда. Эта среда наиболее однородна среди других. Она мало изменяется в пространстве, здесь нет четких границ между отдельными экосистемами. Амплитуды значений факторов также невелики. Разница между максимальными и минимальными значениями температуры здесь обычно не превышает 50 градусов (в наземно-воздушной среде – до 100 градусов). Среде присуща высокая плотность. Для океанических вод она равна 1,3 г/см 3 , для пресных – близка к единице. Давление изменяется только в зависимости от глубины: каждый 10-метровый слой воды увеличивает давление на 1 атмосферу.

Лимитирующим фактором часто бывает кислород. Содержание его обычно не превышает 1% от объема. При повышении температуры, обогащении органическим веществом и слабом перемешивании содержание кислорода в воде уменьшается. Малая доступность кислорода для организмов связана также с его слабой диффузией (в воде она в тысячи раз меньше, чем в воздухе). Второй лимитирующий фактор – свет. Освещенность быстро уменьшается с глубиной. В идеально чистых водах свет может проникать до глубины 50-60 метров, в сильно загрязненных – только на несколько сантиметров.

В воде мало теплокровных, или гомойотермных (греч.хомой – одинаковый, термо - тепло), организмов. Это результат двух причин: малое колебание температур и недостаток кислорода. Основной адаптационный механизм гомойотермии – противостояние неблагоприятным температурам. В воде такие температуры маловероятны, а в глубинных слоях температура практически постоянна (+4 0 С). Поддержание постоянной температуры тела обязательно связано с интенсивными процессами обмена веществ, что возможно только при хорошей обеспеченности кислородом. В воде таких условий нет. Теплокровные животные водной среды (киты, тюлени, морские котики и др.) – это бывшие обитатели суши. Их существование невозможно без периодической связи с воздушной средой.

Типичные обитатели водной среды имеют переменную температуру тела и относятся к группе пойкилотермных (греч.пойкилос - разнообразный).Недостаток кислорода они в какой-то мере компенсируют увеличением соприкосновения органов дыхания с водой. Многие обитатели вод (гидробионты) потребляют кислород через все покровы тела. Частое дыхание сочетается с фильтрационным типом питания, при котором через организм пропускается большое количество воды. Некоторые организмы в периоды острого недостатка кислорода способны резко замедлять жизнедеятельность, вплоть до состояния анабиоза (почти полное прекращение обмена веществ).

К высокой плотности воды организмы адаптируются в основном двумя путями. Одни используют ее как опору и находятся в состоянии свободного парения. Плотность (удельный вес) таких организмов обычно мало отличается от плотности воды. Этому способствует полное или почти полное отсутствие скелета, наличие выростов, капелек жира в теле или воздушных полостей. Такие организмы объединяют в группу планктона (греч.планктос - блуждающий). Различают растительный (фито-) и животный (зоо-) планктон. Размеры планктонных организмов обычно невелики. Но на их долю приходится основная масса водных обитателей.

Активно передвигающиеся организмы (пловцы) адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие структур, уменьшающих трение (слизь, чешуя). В целом же высокая плотность воды имеет следствием уменьшение доли скелета в общей массе тела гидробионтов по сравнению с наземными организмами.

В условиях недостатка света или его отсутствия организмы для ориентации используют звук. Он в воде распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий используется отраженный звук по типу эхолокации. Для ориентации используются также запаховые явления (в воде запахи ощущаются намного лучше, чем в воздухе). В глубинах вод многие организмы обладают свойством свечения (биолюминесценции).

Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет растений меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному.

Адекватно адаптационным механизмам выделяются следующие группы гидробионтов: отмеченный выше планктон – свободнопарящие, нектон (греч.нектос - плавающий) – активно передвигающиеся, бентос (греч.бентос - глубина) – обитатели дна, пелагос (греч.пелагос – открытое море) – обитатели водной толщи, нейстон – обитатели верхней пленки воды (часть тела может быть в воде, часть – в воздухе).

Воздействие человека на водную среду проявляется в уменьшении прозрачности, изменении химического состава (загрязнении) и температуры (тепловое загрязнение). Следствием этих и других воздействий является обеднение кислородом, снижение продуктивности, смены видового состава и другие отклонения от нормы.

Наземно–воздушная среда. Эта среда относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100 0 С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света.

Большие колебания температуры во времени и ее значительная изменчивость в пространстве, а также хорошая обеспеченность кислородом явились побудительными мотивами для появления организмов с постоянной температурой тела (гомойотермных). Гомойотермия позволила обитателям суши существенно расширить место обитания (ареалы видов), но это неизбежно связано с повышенными энергетическими тратами. Для организмов наземно-воздушной среды типичны три механизма адаптации к температурному фактору: физический, химический, поведенческий. Физический осуществляется регулированием теплоотдачи. Факторами ее являются кожные покровы, жировые отложения, испарение воды (потовыделение у животных, транспирация у растений). Этот путь характерен для пойкилотермных и гомойтермных организмов. Химические адаптации базируются на поддержании определенной температуры тела. Это требует интенсивного обмена веществ. Такие адаптации свойственны гомойотермным и лишь частично пойкилотермным организмам. Поведенческий путь осуществляется посредством выбора организмами предпочтительных положений (открытые солнцу или затемненные места, разного вида укрытия и т.п.). Он свойственен обеим группам организмов, но пойкилотермным в большей степени. Растения приспосабливаются к температурному фактору в основном через физические механизмы (покровы, испарение воды) и лишь частично-поведенчески (повороты пластинок листьев относительно солнечных лучей, использование тепла земли и утепляющей роли снежного покрова).

Адаптации к температуре осуществляются также через размеры и форму тела организмов. Для уменьшение теплоотдачи выгоднее крупные размеры (чем крупнее тело, тем меньше его поверхность на единицу массы , а следовательно, и теплоотдача, и наоборот). По этой причине одни и те же виды, обитающие в более холодных условиях (на севере), как правило, крупнее тех, которые обитают в более теплом климате. Эта закономерность называется правилом Бергмана . Регулирование температуры осуществляется также через выступающие части тела (ушные раковины, конечности, органы обоняния). В холодных районах они, как правило, меньше по размерам, чем в более теплых (правило Аллена).

О зависимости теплоотдачи от размеров тела можно судить по количеству кислорода, расходуемого при дыхании на единицу массы различными организмами. Оно тем больше, чем меньше размеры животных. Так, на 1 кг массы потребление кислорода (см 3 /час) составило: лошадь – 220, кролик – 480, крыса – 1800, мышь – 4100.

Регулирование водного баланса организмами. У животных различают три механизма: морфологический – через форму тела, покровы; физиологический – посредством высвобождения воды из жиров, белков и углеводов (метаболическая вода), через испарение иорганы выделения; поведенческий – выбор предпочтительного расположения в пространстве.

Растения избегают обезвоживания либо посредством запасания воды в теле и защиты ее от испарения (суккуленты), либо через увеличение доли подземных органов (корневых систем) в общем объеме тела. Уменьшению испарения способствуют также различного рода покровы (волоски, плотная кутикула, восковой налет и др.). При избытке воды механизмы ее экономии слабо выражены. Наоборот, некоторые растения способны выделять избыточную воду через листья, в капельно-жидком виде («плач растений»).

Воздействия человека на наземно-воздушную среду и ее обитателей многообразны.

Почвенная среда. Эта среда имеет свойства, сближающие ее с водной и наземно-воздушной средами.

Многие мелкие организмы живут здесь как гидробионты – в поровых скоплениях свободной воды. Как и в водной среде, в почвах невелики колебания температур. Амплитуды их быстро затухают с глубиной. Существенна вероятность дефицита кислорода, особенно при избытке влаги и углекислоты. Сходство с наземно-воздушной средой проявляется через наличие пор, заполненных воздухом.

К специфическим свойствам, присущим только почве, относится плотное сложение (твердая часть или скелет). В почвах обычно выделяют три фазы (части): твердую, жидкую и газообразную. В.И.Вернадский почву отнес к биокостным телам, подчеркивая этим большую роль в ее образовании и жизни организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва – наиболее насыщенная живыми организмами часть биосферы (почвенная пленка жизни). Поэтому в ней иногда выделяют четвертую фазу – живую.

Есть основание рассматривать почву как среду, которая играла промежуточную роль привыходе организмов из воды на сушу (М.С.Гиляров). Кроме перечисленных выше свойств, сближающих эти среды, в почве организмы находили защиту от жесткого космического излучения (при отсутствии озонового экрана).

В качестве лимитирующих факторов чаще всего выступает недостаток тепла (особенно при вечной мерзлоте), а также недостаток (засушливые условия) или избыток (болота) влаги. Реже лимитирующими бывают недостаток кислорода или избыток углекислоты.

Жизнь многих почвенных организмов тесно связана с порами и их размером. Одни организмы в порах свободно передвигаются. Другие (более крупные организмы) при передвижениях в порах изменяют форму тела по принципу перетекания, например, дождевой червь, или уплотняют стенки пор. Третьи могут передвигаться только разрыхляя почву или выбрасывая на поверхность образующий ее материал (землерои). Из-за отсутствиясвета многие почвенные организмы лишены органов зрения. Ориентация осуществляется с помощью обоняния или других рецепторов.

Воздействия человека проявляются в разрушении почв (эрозии), загрязнении, изменении химических и физических свойств.