Т. В. Коврова

Экологические факторы среды. Абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы

При проведении урока используется компьютерная презентация, содержащая основные положения излагаемого материала, таблицы, примеры, иллюстрации. Заранее отдельные ученики получают задание подготовить сообщения по определенным разделам темы урока. Материалы презентации и подготовленных сообщений используются при составлении заданий проверочной работы.

Ход урока

Учитель. Все живые организмы, населяющие Землю, испытывают влияние экологических факторов среды. Экологические факторы – это отдельные свойства или элементы среды, воздействующие прямо или косвенно на живые организмы на протяжении хотя бы одной из стадий индивидуального развития. Экологические факторы многообразны. Их можно разделить по типу влияния на организмы, по степени изменчивости во времени, по длительности действия. Но обычно экологические факторы разделяют на основании их происхождения на абиотические, биотические и антропогенные.

(На экране демонстрируется схема классификации экологических факторов.)

Организмы по разному относятся к воздействию абиотических факторов. Некоторые бактерии способны жить в самых экстремальных условиях – в гейзерах, сероводородных источниках, в очень соленой воде, на самых больших глубинах Мирового океана, очень глубоко в почве, во льдах Антарктиды, в телах живых организмов. А некоторые планктонные организмы в океане погибают при самых незначительных изменениях температуры или солености окружающей воды. По-разному важны для организмов и те или иные факторы. Например, для личинки майского жука, развивающейся в почве, такой в целом важный фактор, как свет, практически не имеет значения.

Из обширного перечня абиотических факторов мы рассмотрим температуру, свет и влажность – их влияние очень важно для большинства живых организмов на планете.

Температура

Учитель. Температура на суше может меняться в разных районах земного шара от +50 °С до –50 °С, редко достигая и более высоких или низких значений, например днем в пустынях или зимой в некоторых областях Восточной Сибири, Арктики и Антарктики. Температура воды в Мировом океане как правило находится в интервале от +2 °С до +27 °С. Соответственно большинство растений и животных способны существовать в условиях довольно узкого диапазона температур. Однако отдельные виды бактерий могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре выше +80 °С. Другие организмы способны переживать существенные изменения температуры, находясь в состоянии покоя или анабиоза. Например, споры микроорганизмов выдерживают охлаждение до –200 °С.

(На экране показаны разные группы животных в зависимости от их отношения к изменениям температуры.)

Сообщение учащегося

Различают животные организмы с постоянной температурой тела (теплокровные – птицы и млекопитающие) и с непостоянной температурой тела (холоднокровные – рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, все беспозвоночные животные).

Для защиты от переохлаждения и перегрева организмы выработали определенные приспособления. Например, с наступлением зимы растения переходят в состояние зимнего покоя. Многие животные впадают в спячку. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетках уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию. Так увеличивается морозостойкость зимующих организмов.

В жаркое время года, наоборот, включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение влаги через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.

Способность к поддержанию постоянной температуры тела у птиц и млекопитающих связана с интенсивным обменом веществ, который, в свою очередь, возможен благодаря четырехкамерному сердцу и полному разделению артериального и венозного кровотоков, благодаря снабжению тканей артериальной кровью, насыщенной кислородом. От потери тепла птиц и млекопитающих защищает перьевой или волосяной покров. Те виды, которые обитают в условиях постоянно жаркого климата, имеют специальные приспособления для рассеивания тепла. Например, у слонов большая ушная раковина, которая выполняет функцию теплообменника.

Благодаря поддержанию постоянной температуры тела птицы и звери могут сохранять активность при резких перепадах температур и обитают почти во всех районах земного шара.

Свет

Учитель. Свет и связанный с ним процесс фотосинтеза, обеспечивают все жизненные процессы, протекающие на Земле. Для фотосинтеза важна длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и интенсивность.

(На экране показана схема спектра солнечного света.)

Растения по отношению к свету делят на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Тенелюбивые растения произрастают в условиях низкой освещенности, например под пологом леса. Теневыносливые способны существовать как в условиях хорошего освещения, так и при затенении.

Сообщение учащегося

Важную роль в регуляции активности живых организмов и их развитии играет продолжительность светового дня – фотопериод. В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам года, и сигналом для подготовки организмов к изменению температуры служит именно продолжительность светового дня, которая, в отличие от других факторов, для каждого места и времени  всегда постоянна. Фотопериодизм – это пусковой механизм, включающий физиологические процессы, приводящие к росту и цветению растений весной, плодоношению летом, сбрасыванию листьев осенью. У животных с изменением длины светового дня связано размножение, сезонные миграции (например, перелеты птиц), накопление жира и подготовка к стадии зимнего покоя.

Помимо сезонных, важное значение имеют и суточные изменения режима освещенности. Смена дня и ночи определяет суточный ритм физиологической активности организмов. Важное приспособление, которое обеспечивает выживание особи, – это своего рода «биологические часы», способность ощущать время.

Сообщение учащегося

Растениям свойственно явление, называемое фототропизмом, – это изменение положения частей растения в течение суток в зависимости от положения источника света. Листья растений отворачиваются от избыточного света, а у теневыносливых видов, наоборот, поворачиваются к нему. Таким образом ассимилирующие органы стараются занять положение, при котором растение будет получать оптимальное количество света.

У некоторых животных и одноклеточных организмов также наблюдается перемещение в сторону наибольшей или наименьшей освещенности (положительный или отрицательный фототаксис) для выбора наиболее подходящего местообитания.

Сообщение учащегося

Для животных, в том числе и для человека, свет имеет в первую очередь информационное значение. Многие млекопитающие и птицы подавляющее большинство информации получают через органы зрения. Большинству организмов свет необходим для ориентации в пространстве. Уже у простейших организмов в клетках имеются чувствительные к свету органеллы. Пчелы своим танцем показывают собратьям путь полета к источнику пищи. Установлено, что фигуры танца (восьмерки) ориентированы по отношению к солнцу.

При весенне-осенних перелетах птицы ориентируются по звездам и по солнцу. В местообитаниях, где света очень мало или нет совсем (в пещерах, в глубинах океана), а иногда и при ночном образе жизни у некоторых животных (рыбы, головоногие моллюски, насекомые, ракообразные) могут иметься приспособления для биолюминесценции – способности  светиться для привлечения добычи, особей противоположного пола, отпугивания врагов и т.д.

Влажность

Учитель. Вода – это необходимый компонент клетки, поэтому ее количество в тех или иных местах обитания является ограничивающим фактором для растений и животных и определяет характер флоры и фауны данной местности.

(На экране показаны представители разных групп растений  с разными по влажности местообитаниями.)

По отношению к воде различают: • водные растения • наземно-водные и околоводные растения • наземные растения местообитаний с достаточной влажностью • растения сухих и очень сухих мест

В зависимости от влажности почвы меняется видовой состав растительности. По мере иссушения почв леса сменяются лесостепной растительностью, затем степью и пустынной растительностью. Избыток влаги в почве приводит к заболачиванию и появлению болотной растительности. Осадки в течение года могут выпадать неравномерно, живым организмам приходится переносить длительные засухи. Интенсивность развития растительного покрова и соответственно интенсивность питания копытных животных зависят от сезона дождей.

У растений и животных появились приспособления к обитанию в условиях дефицита воды. Например, у растений из сухих местообитаний развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовые пластинки уменьшены или превращены в иголки и колючки, что уменьшает испарение. Рост в период засухи прекращается. Кактусы и некоторые другие растения (суккуленты) запасают влагу в стеблях. В пустынях и полупустынях растения-эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения, сбрасывают листья, у них отмирают наземные части и до следующего сезона сохраняются луковицы, корневища. Так эти растения переживают период засухи.

В пустынях и мелкие животные – членистоногие, змеи, черепахи, грызуны могут впадать в летнюю спячку, порой переходящую в зимнюю, до следующего сезона.

Сообщение учащегося

При всем многообразии форм и механизмов адаптации живых организмов к воздействию неблагоприятных факторов среды их можно сгруппировать в три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных воздействий. Все эти пути имеют место по отношению к любому экологическому фактору, будь то свет, тепло или влажность.

Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность пройти жизненный цикл и дать потомство, несмотря на отклонения условий среды от оптимальных. Этот путь свойствен теплокровным организмам, но проявляется и у ряда высших растений (ускорение темпов нарастания и отмирания побегов, корней, быстрое цветение).

Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма внешним условиям. Заключается в экономном использовании энергетических ресурсов при ухудшении условий жизни, повышении устойчивости клеток и тканей. Проявляется в снижении интенсивности обменных процессов, замедлении скорости роста и развития, спячке, анабиозе взрослых особей или существовании в покоящейся стадии (обезвоженные семена, споры, яйца некоторых беспозвоночных, способные сохраняться годами в самых неблагоприятных условиях). Выражен у растений и холоднокровных животных, у тех млекопитающих и птиц, которые способны впадать в спячку или оцепенение.

Избегание неблагоприятных условий среды характерно для всех живых существ. Прохождение жизненных циклов в наиболее благоприятное время года (активные процессы – в вегетационный сезон, зимой – состояние покоя). Для растений – защищенность почек возобновления и молодых тканей снежным покровом, подстилкой; отражение солнечных лучей. Для животных – убежища: норы и гнезда.

Сообщение учащегося

Многие мелкие растения переносят низкие зимние температуры, зимуя под снегом, в слое опада. Ветви кедрового стланика с наступлением морозом полегают на землю, а весной вновь поднимаются. Извилистость стволов каменных берез некоторыми исследователями тоже трактуется как адаптация вида к холоду. Извиваясь, ствол дерева еще какое-то время задерживается в более теплом приземном слое. Это имеет место как на Европейском Севере, так и на севере Дальнего Востока.

У животных тоже несколько состояний покоя. Летняя  спячка – из-за высоких температур и дефицита воды, зимняя – из-за холода. Не всегда у млекопитающих во время зимнего сна замедляются обменные процессы: у бурых и белых медведей зимой рождаются детеныши. Анабиоз – состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедляются, что признаки жизни могут отсутствовать. Организм обезвоживается и потому может переносить очень низкие температуры. Анабиоз характерен для спор, семян, высохших лишайников, муравьев, простейших одноклеточных.

Все животные активно перемещаются в места с более благоприятными температурами (в жару – в тень, в холодные дни – на солнце), скучиваются или рассредоточиваются, во время спячки скручиваются клубком, выбирают или создают убежища с определенным микроклиматом, проявляют активность в определенное время суток.

Учитель. Приспосабливаясь к абиотическим факторам среды, вступая во взаимоотношения друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются в пространстве по различным средам, формируя самые разнообразные экосистемы (биогеоценозы), в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.

Вывод: на все живые организмы, т.е. на растения и животных действуют абиотические факторы среды (факторы неживой природы), особенно температура, свет и увлажненность. В зависимости от приспособленности к влиянию факторов неживой природы растения и животных делят на различные экологические группы.

Для закрепления полученных знаний проводится проверочная работа (5–7 мин).

Каждый учащийся получает лист с заданиями тестового типа, основанными на материале урока. После выполнения задания листы собираются.

Варианты заданий

Задание 1. Из перечисленных животных выберите теплокровных (т.е. с постоянной температурой тела) и холоднокровных: крокодил, гадюка, варан, черепаха, сазан, заяц, синица.

Задание 2. Выберите из предложенных растений светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.

Ромашка, ель, одуванчик лекарственный, василек, шалфей луговой, ковыль степной, папоротник орляк.

Дополнительная информация:

1) светолюбивые – имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, много пигмента, например хлебные злаки (увеличение интенсивности освещения сверх оптимального подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получать хорошие урожаи);

2) тенелюбивые – листья тонкие, крупные, расположены горизонтально, с меньшим количеством устьиц;

3) теневыносливые – растения способные обитать в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения.

Задание 3. Выберите растения, относящиеся к:

1) водным растениям;
2) околоводным растениям;
3) наземным растениям;
4) растениям сухих и очень сухих мест.

Лютик едкий, василек, кактус, кувшинка белая, алоэ.

Какие растения называют суккулентами?

Задание 4. Выберите животных, ведущих дневной, ночной и сумеречный образ жизни.

Сова, ящерица, леопард, окапи, белый медведь, летучая мышь, бабочка.

Задание 5. Выберите животных, относящихся к:

1) влаголюбивым животным;
2) животным промежуточной группы (водно-наземной группы);
3) сухолюбивым животным.

Варан, тюлень, верблюд, пингвины, жирафы, водосвинка, белка, рыба-клоун, бобр.

ЛИТЕРАТУРА

Дольник В.Р., Козлов М.А. Млекопитающие. Атлас. – М.: Просвещение, 2005.
Иллюстрированная энциклопедия животных. – М.: ТЕРРА – Книжный клуб, 1999.
Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Введение в общую биологию и экологию. – М.: Дрофа, 2005.
Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10–11-х классов общеобразовательных учреждений. – М.: Вентана-Граф, 2007.
Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: практикум для учащихся 10–11-х классов общеобразовательных учреждений. – М.: Вентана-Граф, 2007.