Глава II - §1. Приспособление организмов к условиям среды

Под аутэкологией обычно понимают воздействие на вид абиотиче-ских и иных факторов среды, определяющих границы его распростра-нения. Сюда же относят многочисленные исследования по физиологи-ческой экологии, изучающие протекание процессов в организме под воздействием факторов различной интенсивности, то есть адаптации организма к действующим на него факторам.

Ж.Б. Ламарк опирался в своих исследованиях на аутэкологические пред-ставления. Важнейшим фактором эволюции он считал влияние на орга-низм (особь) различных внешних условий и, прежде всего, климата. Из-менение среды по его представлениям, непосредственно ведет к транс-формации растений и низших животных. В результате возникают при-способительные модификационные изменения, которые со временем пе-реходят в стойкие наследственные различия. У высших животных изме-нения среды также служат началом эволюционных преобразований. Но процесс этот осуществляется более независимо, путем изменения по-требностей и привычек. Это ведет к упражнению одних органов и неуп-ражнению других. Утверждения Ламарка подтверждаются лишь частично, а аутэкология с тех времен значительно развилась и видоизменилась, составив крупное научное направление в современной экологии.
 

Градация приспособлений к плаванию

     Градация приспособлений к плаванию В соответствии с действием экологических факторов изменяется форма тела и функции животных. Организмы приспосабливаются к воз-действию среды, изменяя свою форму, физиологические и биохимиче-ские процессы или же просто уходя от неблагоприятных условий — меняя область своего распространения (ареал). У различных видов здесь возникают различия. Однако многие видовые приспособления оказываются и сходными. Ведь они — ответ организмов, может быть, и различных, но на один и тот же фактор среды.
     Рассмотрим влияние некоторых экологических факторов на различ-ные виды животных, увидим их адаптации и тем самым получим неко-торое представление об аутэкологии.

Животные приспосабливаются не только к высоким или к низким температурам, но приобретают адаптацию даже к температурной динамике среды — к суточному или сезонному колебанию этого физического фактора. Наиболее высокоорганизованные животные используют два источника тепловой энергии — внешний (солнечная энергия) и внутренний (энергия обмена веществ). В зависимости от того, какой источник преобладает, животных делят на три группы: пойкилотермные, гомойотермные и гетеротермные.

     Пойкилотермные (холоднокровные) животные занимают низшую ступень развития. Внутренние источники тепла у них очень слабо раз-виты. Способность к терморегуляции поэтому весьма невелика. Темпе-ратура их тела в спокойном состоянии почти не отличается от темпера-туры внешней среды. Однако даже неболь¬шое тепловое воздействие на них оказывает сильное влияние. Так, при температуре воздуха 12°С и прямой солнечной радиации температура тела ящерицы может подняться до 28–36°С. Холоднокровным все же свойственны некоторые формы терморегуляции. С повышением температуры тела у них повышается испарение влаги. Это компенсирует повышение температуры. Кроме того, повысить температуру своего тела они могут интенсивными мускульными движениями. Безусловно, используют эти животные и поведенческие механизмы терморегуляции, переходя в тень для охлаждения или на солнце для согрева. Так, ночной сцинковый геккон бегает по пустыне в поисках пищи, а замерзнув, зарывается на несколько минут в еще не остывший песок.      

    Гомойотермные (теплокровные) — это почти все виды птиц и мле-копитающих. У них имеются весьма совершенные механизмы терморе-гуляции: химические, физические. Химическая терморегуляция прояв-ляется в изменении интенсивности обмена веществ. Она может возрас-тать и тогда запасенных в организме жиров сжигается больше, если же она падает, то расход жира уменьшается. Физическая же терморегуля-ция основана на различных формах отдачи тепла: излучение с поверх-ности тела, дыхание, испарение. Простой и экономичный способ регу-ляции температуры тела — изменение площади его поверхности (под-робнее об этом поговорим дальше). Другой способ разогрева — дрожь, когда мелкие мышечные сокращения разогревают тело. Очень простая мышечная реакция на похолодание — подъем дыбом волос или перьев, тогда теплоизоляция улучшается. У человека, потерявшего волосы на теле да и почти всю подкожную мускулатуру, это выражается появлением пупырышек на коже (гусиная кожа). Зависит регуляция тепла у высших животных и от их поведения. И жару животные ищут тень, воду, в холод — защиту от ветра (он сдувает тепло с поверхности тела), убежища, многие зимой прячутся в снег.

    Гетеротермные животные составляют промежуточную группу меж-ду гомойотермными и пойкилотермными. Сюда относят некото¬рых птиц и примитивных животных (утконос). Кроме того, к ним же причисляют зимоспящих животных в период спячки. Так, например, сурок в актив-ной жизни вполне гомойотермное животное и имеет температуру тела около 37°С. Зимою же, во время спячки, его температура снижается до 6°С. Из птиц — это колибри, которые если не летают, то снижают тем-пературу тела до уровня окружающей среды. К этой же группе относят птенцов некоторых птиц и детенышей млекопитающих, не имеющих постоянной температуры тела. Описана так называемая «мнимая смерть» птенцов. В гнезде в отсутствие родителей они, охладившись, впадают в своеобразное анабиотическое (безжизненное) состояние, температура тела их снижаемся, они теряют способность двигаться. А при возвращении родители отогревают своих детей и те вновь оживают.

Совершенно особенные приспособления имеют животные и растения к снежному покрову. Снег, наряду с дождем и градом, входит в число атмосферных осадков. Однако он занимает совершенно особое место среди прочих гидрометеофакторов. Своеобразие его в том, что он может образовывать и долгое время сохранять сплошной и глубокий покров. Причем под ним температура оказывается гораздо выше, чем над ним, потому что снег очень хороший теплоизолятор.

     С белизной снежного покрова связано сезонное побеление меха не-которых млекопитающих и перьев некоторых птиц. Практически почти все птицы на зиму в наших широтах заметно светлеют, а отдельные ви-ды (белая куропатка) становятся совершенно белыми. Белеют на зиму зайцы, горностаи, ласки.

     От сильных морозов, в толще снега спасается множество животных. Получается, что многие мелкие зверьки, такие как мыши и полевки, всю зиму живут в несравненно более мягких условиях, ибо микроклимат под снегом совсем не такой, как над ним. Под снегом прячутся от стужи не только мелкие, но и крупные млекопитающие — бурые медведи и самки белого медведя. Убежищами в толще снега пользуются многие тетере-виные птицы, они делают лунки и в них переживают неблагоприятные условия. Такие животные, как зайцы, лисицы, волки и даже косули и лоси, тоже устраивают себе логовища в снегу.

     Передвижение по снегу или в его толще требует специальных мор-фологических приспособлений. Таковы «лыжи» зайца-беляка, его стопа на зиму обрастает снизу особенно густым и жестким мехом. А вот у уз-кочерепной полевки узкая клиновидная голова. Этот зверек, передвига-ясь в толще снега, раздвигает его головой и так прокладывает свои под-снежные ходы.

    Под снегом хорошо сохраняется масса зеленых растений. Их добы-ча может быть затруднена из-за толстого снежного покрова или из-за наста. В такие времена проявляется своеобразное со¬трудничество между травоядными животными. Мелкие начинают добывать пищу на местах пастьбы крупных и сильных, снабженных более мощными копытами или пятачками. Так небольшой лесной оленек — кабарга часто питается зимой в местах кормежки кабанов. Вполне обычным такое «сотрудничество» является в тундре у леммингов с северными оленями. Олени разбивают ко¬пытами наст, добираясь до ягеля, а лемминги используют площади с нарушенным настом для своей кормежки.

Наряду с климатическими в жизни организмов большую роль играют и почвенно-грунтовые условия. К ним тоже приходится приспосабливаться. По-гречески почва называется «эдафос», отсюда эдафические факторы. В почве развивается корневая система растений. Приспособления прежде всего касаются особенностей передвижения в ней. У растений на концах корней появляются корневые чехлики. Они позво-ляют преодолеть сопротивление почвы и не ранить ткани при росте корней. Питание в почве тоже своеобразно. Для него нужны тончайшие корневые волоски, способные проникнуть в почвенные капилляры и высосать оттуда почвенный раствор. Он весьма насыщен солями, и во-лоскам приходится преодолевать значительное осмотическое давление, чтобы перекачать воду в сосуды растения.

     Почва служит средой обитания для многих животных. Большое чис-ло видов насекомых и других беспозвоночных всю жизнь проводят в земле. В ней роют свои норы пресмыкающиеся, различные птицы и зве-ри. Известны сложные норы млекопитающих, специализированных к жизни в почве. Это такие специалисты-землекопы, как слепыши, кроты, цокоры. У них появляются морфологические приспособления в виде сложно устроенных передних лап, преобразованных в специальные органы рытья, или зубов. Причем одна и та же функция — рытье земли, способствует появлению похожих приспособлений у очень различных групп животных (как тут не вспомнить Ламарка и его упражнение орга-нов!). Лапка медведки (насекомое из отряда прямокрылых) устроена очень похоже на лапу крота (млекопитающее из отряда насекомояд-ных). У животных, которые роют землю резцами, также появляются сходные приспособления. Губы у них замыкаются за резцами, чтобы при рытье почва не попадала в рот. Такое строение рта наблюдается у слепышей и слепушонок. Для жизни в почве нужно много всяких при-способлений, тут и большая физическая сила, и своеобразная физиоло-гия и биохимия организма. Норное млекопитающее приспособлено к асфиксии (удушье), неминуемой при жизни под землей. Нора такого жи-вотного — это сложное и весьма комфортабельное сооружение. У хомяка, например, имеется несколько гнездовых камер (спальни), кла-довые, специальные уборные, кроме того — отнорки для спасения хозяина, запасные выходы. Среди членистоногих есть настоящие земле-проходцы, которые не роют землю, а путешествуют в ней, не имея при-способлений для рытья. Они используют для своих передвижений трещины, пустоты от сгнивших корешков, галереи нор других животных и, передвигаясь по ним, забираются глубоко под землю. Так в сухое время года многоножки геофилы вслед за дождевыми червями уходят на глубину до полутора метров и обитают там.

Огромную роль в жизни организмов играет фотопериодизм, поэтому ниже мы целый раздел посвятим описанию особенностей биологических ритмов. Фотопе¬риодизмом называют реакцию организмов на смену дня и ночи. Она проявляется в колебании интенсивности физиологических процессов и изменениях активного состояния организмов. Уже сами факты разделения животных на дневных и ночных, разделения растений на виды короткого и длинного дня наглядно свидетельствуют о сильной зависимости от условий освещения. Закономерное изменение длины светового дня по сезонам года является сигнальным фактором практически для всех организмов. По этому сигналу начинается, например, диапауза у насекомых. Причем выяснено, что диапаузу вызывает именно сокращение светлого времени суток, а не понижение температуры.

    Особенно показательны опыты, объясняющие влияние фотопериода на растения. Растения нуждаются в суточно-сменных условиях освеще-ния, начиная со стадии семени и кончая стадиями зацветания и образо-вания семян. Каждая фаза развития требует определенного соотношения света и темноты. Влияние света на время зацветания зависит от того, являются ли эти растения длинно- или короткодневными. Первые скорее зацветают при длинном дне, а вторые — при коротком, то есть одни образуют цветы летом, а другие — под осень Редиска дает корнеплоды только весной или осенью. Она — растение длинного дня, поэтому летом вместо корнеплодов дает цветы.

    Изучение фотопериодических реакций высших животных (позво-ночных) также принесло интересные результаты. Так, у пушных зверей осенью развивается густой и пышный меховой покров. Зимой он дости-гает максимума своего развития. Одновременно у многих животных появляется и толстый слой подкожного жира. Традиционно считали, что развитие меха и подкожного жира вызывается снижением тем-пературы окружающей среды. Все естественно — животное мерзнет, и в ответ на это появляется более совершенная теплоизоляция. Однако ока-залось, что сигналом здесь служит не изменение температуры, а изменение длины светового дня. То же и с изменением цвета мехового покрова, например, у зайца. Здесь тоже сигналом явился не выпавший снег, а укороченный день.

    На фотопериодической основе покоится и важнейшее сезонное яв-ление в жизни перелетных птиц — их миграции. С перелетами тесно связаны и изменения в организме птицы. Смена оперения, накопление жира под кожей и во внутренних органах — это приспособления к не-благоприятным кормовым и погодным условиям, ожидающим птицу в полете. Сигналом к началу таких изменений служит фотопериод, то есть сокращение длины светового дня и увеличение продолжительности ночи к осени. В лаборатории, изменяя соотношение света и темноты в течение суток, нетрудно привести птицу в такое предмиграционное со-стояние, хотя температурные и кормовые условия будут неизменными.

1. На каких проблемах сосредоточивает свое внимание аутэкология?
2. Какие группы животных можно выделить, сообразуясь с особенностями их термоизоляции?
3. Почему спячку называют анабиозом? А как спит медведь?
4. Какие варианты приспособлений к снежному покрова вы можете назвать?
5. Как обходятся те организмы, которые не могут сломать наст, чтобы доб-раться до корма?
6. Почему под глубоким снегом сохраняется зеленая трава?
7. В чем затруднения при жизни в почве?
8. Какие приспособления могут быть при движении в толще земли?
9. Отгадайте приспособления крота к жизни в почве по внешности этого зверька.
10. Почему белеет заяц? Как он узнаёт, что пора побелеть?
11. Почему зацвела ваша редиска вместо того, чтобы дать корнеплоды?