Организм и среда
Изучение экологии растений и животных показало, что каждый вид при определенных условиях чувствует себя особенно хорошо, нормально растет и размножается. Эти условия называют экологическим оптимумом. Следует, однако, помнить, что оптимальные условия бывают неодинаковы не только для разных видов, но, например, для взрослых животных и их детенышей. Так, взрослые хищные звери питаются мясом, а их маленькие детеныши — только материнским молоком.
Одни виды могут достаточно безболезненно переносить колебания экологических факторов, например высокие и низкие температуры, сильно отклоняющиеся от оптимальных. В борьбе за существование такие растения и животные часто имеют преимущества. Но многие виды могут нормально жить лишь в строго определенных условиях и с трудом переносят их изменения или вовсе не мирятся с ними. Таковы, например, большинство обитателей тропических стран (колибри, попугаи, орхидеи, бананы, пальмы) или суровых ландшафтов Арктики и Антарктики (белые медведи, моржи, пингвины).
Характер реакций животных и растений на воздействие одинаковых факторов среды глубоко различен. Большинство животных благодаря своей подвижности и высокоразвитым формам поведения способны активно избегать неблагоприятного действия внешних условий, могут самостоятельно находить наиболее подходящие для себя места обитания. Растения же этих возможностей лишены, и поэтому их приспособления к среде ограничиваются особенностями анатомии, физиологии и т. п.
Особенно важное значение для растений и животных имеют климатические факторы — свет, температура, осадки и пр. Зеленым растениям необходим солнечный свет. Ведь только благодаря энергии солнечных лучей осуществляется в растении фотосинтез. Разным видам растений нужно различное количество света. Светолюбивые растения предпочитают открытые участки, а в лесу — верхние его ярусы и прогалины между деревьями, тогда как теневыносливые могут нормально существовать только под пологом других растений. Смена дня и ночи привела к разделению животных на дневных и ночных, причем многие из них настолько приспособились к активной жизни в определенные часы суток, что не могут передвигаться и добывать пищу в другое время. Значение фактора света сказывается и в том, что разные виды дневных птиц пробуждаются по утрам только тогда, когда освещенность достигнет необходимой для них яркости. Поэтому птицы подают голоса в строгой последовательности: сперва дрозды, потом кукушка, соловей, зяблик и, наконец, гнездящиеся в дуплах большая синица и воробей (см. ст. «Биологические часы»).
Исключительно важную роль в жизни всех организмов играет температура, среды обитания. К ней особенно чувствительны так называемые «холоднокровные» животные и те, которые плохо переносят колебания теплового режима. Температура тела «холоднокровных» животных — всех беспозвоночных и низших позвоночных — зависит в основном от температуры воздуха или воды и изменяется вслед за нею. Поэтому «холоднокровных» правильнее называть пойкилотермными, т. е. животными с переменной температурой. Поскольку для нормального обмена веществ и осуществления всех физиологических процессов в организме животного нужна достаточно высокая температура, наземные «холоднокровные» животные избирают более нагретые участки или греются на солнце. У ящериц под действием солнечных лучей температура тела даже при холодном воздухе может быстро повыситься до 28 — 37°, так что они на какое-то время становятся «теплокровными». Температура тела у них резко повышается и во время движения. Даже у рыб, когда они быстро плывут, температура тела может подняться до 37°, намного превысив температуру воды.
Диаграммы показывают зависимость средних сроков сезонной линьки зайца-беляка от продолжительности снежного покрова: 1 — даты установления и схода снежного покрова и сроки линьки зайца в Мурманской области; 2 — то же самое в Ленинградской области.
У «теплокровных» животных — птиц и млекопитающих — температура тела устойчивая. Она почти не зависит от теплового режима среды, так как их организм сам вырабатывает необходимое ему тепло и регулирует его расход. Поэтому даже при сильном морозе (—35 —40°) температура тела песца или полярного волка +38 — 40°, а разница между температурами тела и воздуха может составлять 70° и больше. Точно так же звери и птицы могут регулировать температуру своего тела и в жаркую погоду. Подобные приспособления дают им большие преимущества в борьбе за существование, позволяя обитать в очень суровых условиях. Однако многие виды млекопитающих и птиц, например тропические и полярные, могут жить только при строго определенном температурном режиме и поэтому распространены в ограниченных географических областях земного шара.
Температурные условия среды не менее важны и для растений. Рост и развитие каждого их вида возможны лишь при определенном тепловом режиме. От температуры зависят фотосинтез, транспирация и другие физиологические процессы, а также обмен веществ внутри растения. Для растений важно не только общее количество тепла, но и распределение его во времени. Семенам многих видов растений для нормального развития нужен период воздействия сравнительно низких температур, которые для взрослых растений неблагоприятны. Не одинаковы потребности в тепловом режиме и в разные периоды развития растений, не говоря о коренных различиях между теплолюбивыми и холодостойкими видами. Лиственницы в сибирской тайге переносят самые суровые зимы, хотя промерзают насквозь. Кактусы в пустынях Северной Америки выдерживают нагревание до 60—65°.
Растения не только испытывают на себе действие температурных условий и вынуждены к ним приспосабливаться, но и сами их изменяют. Конечно, дерево, даже большое, оказывает незначительное влияние на окружающее пространство. Иное дело растительное сообщество, особенно лесное насаждение. Под его пологом и температура, и ветер, и все остальные элементы климата резко отличаются от господствующих по соседству, за пределами лесной опушки. Летом в густом лесу прохладнее и более влажно, зимой заметно теплее, чем в поле или на лугу. Каждому растительному сообществу свойствен свой, характерный для него микроклимат. Он исключительно важен не только для самих растений, но и для обитающих здесь животных, которые находят в лесу, кустарниках и густой траве защиту от палящего солнца, дождя, сильного ветра, бурана, метели.
В средних и северных широтах огромное значение в жизни растений и животных имеет снег, на долгие месяцы сплошь покрывающий землю. Из-за слабой теплопроводности снежный покров хорошо защищает скрытую под ним растительность и животных от сильных морозов. Только благодаря защите снега зимой не вымерзают многие растения, в том числе озимые хлебные злаки, а некоторые не перестают развиваться. Под снегом продолжают свою обычную жизнь мыши, полевки, кроты и самые мелкие наши зверьки — прожорливые землеройки. Зато в суровые малоснежные зимы они в массе погибают от холода и голода. В толще снега прячутся от морозов и ночуют рябчики, белые куропатки, тетерева, глухари. В снегу устраивают свои лежки зайцы, лисицы, волки, косули, лоси. Даже берлоги бурых медведей сверху заваливает толстый слой снега, так что звери спят в теплой и сухой подснежной пещере. Но рыхлый снег затрудняет передвижение зверей. Особенно туго приходится тем из них, у которых при большом весе тела узкие, изящные лапы или копыта, — мелким лесным кошкам, косулям, зайцам-русакам. Недаром у животных, издавна обитающих в районах с глубоким снежным покровом, — зайца-беляка, рыси, песца, соболя — в процессе эволюции выработались специальные приспособления, облегчающие передвижение по рыхлому снегу. Их широкие, обросшие длинной и жесткой шерстью лапы напоминают лыжи-снегоступы.
Исключительно велика в жизни растений и животных роль влаги. Без нее невозможно их существование. У растений имеются специальные приспособления для извлечения влаги из окружающей среды и удаления ее избытка из организма, связанные с особенностями мест произрастания видов. Обитатели засушливых мест — ксерофиты (кактусы и др.) способны накапливать воду в тканях и крайне экономно ее расходовать. Напротив, растения-гигрофиты, приспособленные к существованию во влажных местах, усиленно испаряют влагу. У некоторых гигрофитов (например, у комнатного растения филодендрона) излишняя вода удаляется путем обильного выделения капель.
Растения находятся в глубокой зависимости от почвы, откуда черпают влагу и питательные вещества. Они чутко реагируют на различия физических и химических свойств почвы и их изменения. Многие виды растений специально приспособлены к произрастанию на определенных типах почв и встречаются только на них. Вместе с тем растения играют очень важную роль в образовании и развитии почв, обогащая их органическими веществами. В этих процессах велико также значение микроорганизмов, дождевых червей, многих других беспозвоночных животных и роющих зверьков.
