1 year ago
No comment

Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Живые существа находятся в определенных усло­виях, или среде обитания, которая воздействует на них и в то же время сама изменяется в результате жизне­деятельности организмов. Этот сложный и грандиоз­ный процесс в природе раскрыл и изучил советский ученый В. И. Вернадский (1863—1945 гг.). Область жизни живых организмов он назвал биосферой, кото­рая имеет весьма обширные границы на земле и в атмо­сфере. Под действием живых организмов происходят круговорот химических элементов и существенные из­менения в биосфере.

Взаимоотношения организмов со средой их обита­ния изучает наука экология. В среде обитания могут быть различные факторы: абиотические (с — отрица­ние не, биос — жизнь, то есть неживые)— это физико-химические условия и биотические — взаимоотноше­ния между организмами.

Рассмотрим важнейшие абиотические условия жиз­ни. Все биохимические и физиологические процессы в любом организме могут осуществляться только при определенных температурных условиях. У большинства организмов жизнедеятельность протоплазмы воз­можна в пределах от —4 до +40—45°. При более высо­ких температурах начинается разложение ферментов и других белковых соединений, вызывающее смерть. Однако в природе существуют исключительно устойчи­вые организмы. Некоторые животные и водоросли жи­вут в горячих источниках при +90°. В горячих источ­никах при +81° найдены круглые черви — нематоды, личинки мух — при +69° и др.

В Анатолии (Турция) австрийский зоолог Швейгер обнаружил свободно плавающих рыб в горячих серных источниках, температура которых доходит до +41°.

Другие организмы, напротив, приспособились к очень низким температурам, к жизни в наиболее хо­лодных районах нашей планеты. Так, в районе полюса холода северного полушария — в Верхоянске насчи­тывают до двухсот видов растений. Антарктический материк почти совершенно безжизнен: здесь не хва­тает тепла, нет почвы и сплошные массы вечного льда покрывают материк. Но на участках, обнаженных ото льда (оазисах), найдено несколько десятков видов бес­позвоночных животных и низших растений. Они жи­вут здесь, несмотря на то, что минимальные темпера­туры достигают —80° и ниже.

Устойчивость организмов к очень высоким или низ­ким температурам повышается при снижении воды в их протоплазме, что приводит к снижению активности обмена веществ. Длительный и глубокий покой у организмов наступает при снижении содержания воды в клетках протоплазмы. В таком состоянии организмы бывают очень устойчивы к резким изменениям темпе­ратуры. Так, колорадские жуки во время диапаузы (период покоя, остановки развития у насекомых) вы­носят в течение часа температуру +58°.

У микроорганизмов в состоянии покоя (цисты, спо­ры) количество воды уменьшается очень резко, прото­плазма становится вязкой, она не свертывается и не погибает при температурах кипения воды, а иногда и при +130—150° (под давлением).

Долгое время думали, что многие животные, в том числе и позвоночные (рыбы, лягушки), зимой промер­зают, а весной вновь оживают. Впоследствии выясни­лось, что это не так: кристаллы льда в протоплазме клеток высокоорганизованного животного нарушают структуру клетки и организм погибает. Но если клетка теряет воду, устойчивость ее к холоду повышается. Без воды клетки и ткани не замерзают. Например, не­которые относительно примитивные животные (коло-воротки, тихоходки, нематоды) в высушенном состоя­нии способны выносить охлаждение вплоть до темпе­ратур, близких к абсолютному нулю. Такой же вынос­ливостью обладают споры и семена растений.

Глубокое снижение всех процессов жизнедеятель­ности у живых организмов называется анабиозом, или скрытой жизнью. Организмы в состоянии анабиоза внешне не проявляют никаких признаков жизни. При этом дыхание и другие обменные процессы настолько снижены, что их не удается уловить с помощью спе­циальных чувствительных приборов. Переход живого организма в состояние анабиоза связан прежде всего с потерей воды. Простейшие в таком состоянии сохра­няют способность возвращаться к активной жизни да­же после шестилетнего периода покоя.

Феноменальными свойствами анабиоза обладают тихоходки (мелкие многоклеточные животные). Длина их тела обычно не превышает 0,5 ммОни очень просто устроены, не имеют кровеносной системы. В 1948 году итальянка Францеччи провела следующий опыт: на­мочила мох, засушенный в 1828 году и сохранившийся в гербарии Ботанического института в городе Турине; и вот в этом стодвадцатилетнем мху обнаружили… ожившую тихоходку. Засушенные тихоходки способны переносить в течение нескольких минут высокие тем­пературы ( + 110 — 120°). Могут просуществовать в ана­биозе в течение нескольких месяцев в запаянных стек­лянных трубках, наполненных чистым водородом, неоном, аргоном, азотом, сероводородом и другими ядовитыми газами. Эти насекомые, высушенные в без­воздушном пространстве, способны переносить темпе­ратуры, близкие к абсолютному нулю, и другие крайне неблагоприятные условия.

Длительное состояние анабиоза способны перено­сить семена и споры растений. Например, плодики ло­тоса, хранившиеся в музее в сухом месте более ста лет, при посеве дали почти стопроцентную всхожесть.

Немногим более двадцати лет назад учеными было обнаружено весьма интересное явление. При быстром погружении живой ткани или микроорганизмов в жидкий воздух (около —190°) они мгновенно замер­зают, но после оттаивания остаются живыми. Оказа­лось, что при очень быстром охлаждении вода не кри­сталлизуется и застывает, как стекло. Переход воды протоплазмы клеток в стеклообразное, а не кристалли­ческое твердое состояние называется витрификацией. Этот процесс удается осуществить только с микроско­пически малыми биологическими объектами.

Многочисленные опыты с насекомыми и другими беспозвоночными, а также с холоднокровными позво­ночными (рыбы, амфибии) показали, что и эти живот­ные оказались способными возвращаться к жизни пос­ле пребывания при температуре ниже нуля, например при —10, —14° и более низких температурах. Гусени­цы кукурузного мотылька, зимующие в стеблях травя­нистых растений, при —30° нередко замерзают на­столько, что становятся совершенно твердыми и сохра­няются в течение многих лет; после оттаивания они продолжают жить. В специально поставленных опы­тах эти гусеницы «оживали» после суточного пребы­вания в температуре —78° в замерзшем, твердом, как стекло, состоянии. Однако возвращение этих живот­ных к жизни после пребывания в отрицательных тем­пературах возможно лишь в тех случаях, когда во время охлаждения их тканевые жидкости в жизненно важных органах находились в жидком переохлажден­ном состоянии. Когда же тканевые жидкости замер­зают и кристаллики льда нарушают внутриклеточные структуры, при оттаивании неизбежно наступает смерть.

Открытие явления витрификации имеет важное практическое значение. Уже в настоящее время разра­ботаны способы хранения спермы сельскохозяйствен­ных животных в сжиженных газах при температуре —180—190°. В витрифицированном виде сперма мо­жет находиться, сохраняя свою жизнеспособность, в течение нескольких месяцев, и после оттаивания ее можно использовать для искусственного осеменения. Высушенная при определенных условиях сперма так­же может храниться очень долго, не теряя своей жиз­неспособности.

Различные формы применения холодного анабиоза имеют важное практическое значение для медицины. Применяя методику высушивания с помощью низких температур, готовят вакцины, которые сохраняют имму­низирующие свойства в течение ряда лет. Мгновенное замораживание крови не нарушает структуры ее эле­ментов и дает возможность после длительного хране­ния использовать ее для переливания больным и ра­неным.

Описанные выше опыты подсказаны науке приро­дой. Многие организмы при наступлении периодов с неблагоприятными условиями прекращают активную жизнь и впадают в различного рода пассивные состоя­ния, связанные с резким снижением обмена веществ. В неподвижном состоянии они оказываются спо­собными переносить значительно более широкие ко­лебания факторов среды, чем в активном состоянии. В нашем климате таким неблагоприятным периодом являются зимние холода. В оцепенении проводят зиму все земноводные (лягушки, жабы, тритоны), наземные пресмыкающиеся (ужи, ящерицы, змеи, черепахи), на­секомые и другие наземные беспозвоночные. Это в мень­шей мере относится к водной жизни, так как темпера­тура воды пресных вод не может снизиться ниже нуля, а морских — ниже —2°. Поэтому многие водные жи­вотные, например холоднолюбивые лососевые рыбы, зимой ведут активную жизнь, даже развитие их икры проходит в зимнее время. Вместе с тем многие тепло­любивые пресноводные рыбы средних широт (сазан, карась, сом) зимой не питаются, находятся как бы в сонном состоянии. Черепахи, живущие в жарком пу­стынном климате, впадают в спячку дважды: зимой и в самые жаркие летние месяцы (июль — август), когда выгорает растительность, которой они питаются.

Резко, хотя и не столь сильно, как во время зим­него оцепенения холоднокровных, снижается обмен веществ и температура тела во время зимней спячки млекопитающих. Из млекопитающих в спячку впа­дают многие тушканчики, сони, мышовки, ежи, некоторые виды летучих мышеи, из хищных млекопитаю­щих — барсук, енотовидная собака, медведь.

Число видов животных, впадающих в оцепенение в период летней засухи, более ограничено: среди них некоторые насекомые (клоп-черепашка), из позвоноч­ных — пустынные черепахи, из млекопитающих — не­сколько видов сусликов. Африканская двоякодыша­щая рыба протоптерус при высыхании водоема зары­вается в ил. Тело протоптеруса покрывается слизью, которая, подсыхая, образует вместе с прилегающим илом защитную капсулу. Рыба при очень сильно сни­женном обмене дышит через отверстие в капсуле.

Особая форма пассивного состояния характерна для насекомых. Многие виды насекомых обладают спо­собностью приостанавливать развитие и переходить на различных стадиях развития в состояние диапаузы. Различают эмбриональную, личиночную, куколочную диапаузы и диапаузу взрослой стадии. В состоянии диапаузы обмен резко снижен и изменен, легко пере­носятся низкие температуры и другие неблагоприят­ные условия среды, губительные для насекомого в активном состоянии. Например, в состоянии диапаузы насекомые нечувствительны или мало чувствительны к такому сильному яду, как цианистый калий.

В нашем климате диапауза чаще всего служит при­способлением к зимовке и наступает на той стадии, на которой данный вид зимует. Характерно, что зимую­щие стадии насекомых впадают в состояние диапаузы задолго до наступления холодов. Как показали иссле­дования советского ученого А. С. Данилевского, у мно­гих насекомых переход в состояние диапаузы вызы­вается укорочением продолжительности дня во второй половине лета. Бабочка-белянка в первом поколении (в начале лета) развивается без диапаузы, а во втором поколении, гусеницы которого живут в конце лета при более коротком дне, наступает куколочная диапауза, и в этом состоянии куколки зимуют. Здесь продолжи­тельность дня играет роль сигнального фактора, обес­печивающего своевременную реализацию приспособ­лений к зимовке.

Кроме температурных условий, другими физико-химическими факторами внешней среды, определяю­щими жизнь живых существ, являются: кислород, вода, свет, давление, рельеф и структура почвы, соле­вой состав воды, радиация и т. д.

Кратко остановимся на некоторых из перечислен­ных факторов.

Кислород обязательно входит в состав живого ве­щества. Но, помимо кислорода, связанного химически, подавляющее число организмов нуждается и в свобод­ном молекулярном кислороде для дыхания.

Без воды не может существовать живая протоплаз­ма и организм в целом. Активная жизнь организмов протекает только тогда, когда количество воды в теле значительно превышает количество сухого вещества. Для построения своего тела организмы обязательно должны использовать воду из внешней среды или из пищи.

Одним из важнейших физико-химических условий является свет. Солнечный свет не только источник энергии для всей жизни на Земле, но влияет на рост растений, его морфологию, анатомическое строение, минеральное питание.

Растения очень чутко реагируют на освещение. Они, например, «замечают» такую разницу в длине дня, которую нелегко уловить и человеку. Изменение продолжительности дневного освещения всего на не­сколько минут оказывает существенное влияние на скорость развития некоторых сортов риса. А измене­ние освещенности в несколько часов способствует за­цветанию растений. В связи с этим многие растения делятся на длиннодневные и короткодневные. Послед­ние зацветают при длине дня меньше 14 часов. К короткодневным растениям относятся астры, хризанте­мы, георгины, картофель и др. Эти растения цветут обычно ранней весной или поздним летом. Растения других видов (например, свекла, клевер, лен, рожь, пшеница) зацветают только при продолжительности дня больше 14 часов. Многие растения нейтрально от­носятся к длине дня (хлопчатник, одуванчик, подсол­нечник, помидор и др.).

Для жизни живых организмов немаловажное зна­чение имеют и другие факторы: рельеф местности, структура почвы и т. п.