лекция 4 (продолжение). ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ И АДАПТАЦИИ К НИМ ОРГАНИЗМОВ
4.3. Почва как среда обитания
4.4. Живые организмы как среда обитания
4.3. Почва как среда обитания
4.3.1. Особенности почвы
Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши,
контактирующий с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта
оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва
представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а
сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и
водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами,
и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные
для жизни множества микро– и макроорганизмов (рис. 49). В почве сглажены
температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие
грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим
влажности, промежуточный между водной и наземной средой. В почве
концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых
отмирающей растительностью и трупами животных. Все это определяет большую насыщенность
почвы жизнью.
В почве сосредоточены корневые системы наземных растений (рис. 50).

Рис. 49. Подземные ходы полевки Брандта: А – вид
сверху; Б – вид сбоку

Рис. 50. Размещение корней в степной черноземной почве
(по М. С. Шалыту, 1950)
В среднем на
Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном
направлении. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов,
влияющих на жизнь обитателей почвы. Прежде всего это относится к структуре
почвы. В ней выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим
и химическим свойствам: 1) верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт А, в
котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого
промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вмывания, или
иллювиальный В, где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества, и 3)
материнскую породу, или горизонт С, материал которой преобразуется в почву.
В пределах каждого горизонта выделяются более дробные слои, также сильно
различающиеся по свойствам. Например, в зоне умеренного климата под хвойными
или смешанными лесами горизонт А состоит из подстилки (А0) –
слоя рыхлого скопления растительных остатков, темноокрашенного гумусового слоя (А1),
в котором частицы органического происхождения перемешаны с минеральными, и
подзолистого слоя (А2) – пепельно-серого по цвету, в
котором преобладают соединения кремния, а все растворимые вещества вымыты в
глубину почвенного профиля. Как структура, так и химизм этих слоев очень
различны, и поэтому корни растений и обитатели почвы, перемещаясь всего на
несколько сантиметров вверх или вниз, попадают в другие условия.
Размеры полостей между частицами почвы, пригодных для обитания в них
животных, обычно быстро уменьшаются с глубиной. Например, в луговых почвах
средний диаметр полостей на глубине 0–1 см составляет
Влага в почве присутствует в различных состояниях: 1) связанная
(гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных
частиц; 2) капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в
различных направлениях; 3) гравитационная заполняет более крупные пустоты и
медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести; 4) парообразная
содержится в почвенном воздухе.
Содержание воды неодинаково в разных почвах и в разное время. Если
слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов. В
сухой почве остается только связанная вода и условия приближаются к наземным.
Однако даже в наиболее сухих почвах воздух влажнее наземного, поэтому обитатели
почвы значительно менее подвержены угрозе высыхания, чем на поверхности.
Состав почвенного воздуха изменчив. С глубиной в нем сильно падает
содержание кислорода и возрастает концентрация углекислого газа. В связи с
присутствием в почве разлагающихся органических веществ в почвенном воздухе
может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород,
метан и др. При затоплении почвы или интенсивном гниении растительных остатков
местами могут возникать полностью анаэробные условия.
Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Здесь они могут
быть даже сильнее, чем в приземном слое воздуха. Однако с каждым сантиметром
вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся все меньше и на
глубине 1–1,5 м практически уже не прослеживаются (рис. 51).

Рис. 51. Уменьшение годовых колебаний температуры
почвы с глубиной (по К. Шмидт-Нильсону, 1972). Заштрихованная часть – размах
годовых колебаний температуры
Все эти особенности приводят к тому, что, несмотря на большую
неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная
среда, особенно для подвижных организмов. Крутой градиент температур и
влажности в почвенном профиле позволяет почвенным животным путем незначительных
перемещений обеспечить себе подходящую экологическую обстановку.
Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров
она выступает как разная среда. Для микроорганизмов особое значение имеет
огромная суммарная поверхность почвенных частиц, так как на них адсорбируется
подавляющая часть микробного населения. Сложность почвенной среды создает
большое разнообразие условий для самых разных функциональных групп: аэробов и
анаэробов, потребителей органических и минеральных соединений. Для
распределения микроорганизмов в почве характерна мелкая очаговость, поскольку
даже на протяжении нескольких миллиметров могут сменяться разные экологические
зоны.
Для мелких почвенных животных (рис. 52, 53), которых объединяют под
названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды
и др.), почва – это система микроводоемов. По существу, это водные организмы.
Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой,
а часть жизни могут, как и микроорганизмы, находиться в адсорбированном
состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из
этих видов обитают и в обычных водоемах. Однако почвенные формы намного мельче
пресноводных и, кроме того, отличаются способностью долго находиться в
инцистированном состоянии, пережидая неблагоприятные периоды. В то время как
пресноводные амебы имеют размеры 50-100 мкм, почвенные – всего 10–15. Особенно
мелки представители жгутиковых, нередко всего 2–5 мкм. Почвенные инфузории
также имеют карликовые размеры и к тому же могут сильно менять форму тела.

Рис. 52. Раковинные амебы, питающиеся бактериями на
разлагающихся листьях лесной подстилки

Рис. 53. Микрофауна почвы (по W. Dunger, 1974):
1–4– жгутиковые; 5–8 – голые амебы; 9-10 –
раковинные амебы; 11–13 – инфузории; 14–16 – круглые черви; 17–18
– коловратки; 19–20 – тихоходки

Рис. 54. Мезофауна почв (no W. Danger, 1974):
1– лжескориион; 2 – гама новый клеш; 3–4 панцирные
клещи; 5 – многоножка пауроиода; 6 – личинка комара-хирономиды; 7
– жук из сем. Ptiliidae; 8–9 коллемболы
Представители микро– и мезофауны способны переносить зимнее промерзание
почвы, так как большинство видов не может уходить вниз из слоев, подвергающихся
воздействию отрицательных температур.
Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до

Рис. 55. Макрофауна почв (no W. Danger, 1974):
1– дождевой червь; 2 – мокрица; 3 – губоногая
многоножка; 4 – двупарнононогая многоножка; 5 – личинка жужелицы;
6 – личинка щелкуна; 7 – медведка; 8 – личинка хруща
Газообмен большинства видов этой экологической группы осуществляется при
помощи специализированных органов дыхания, но наряду с этим дополняется газообменом
через покровы. Возможно даже исключительно кожное дыхание, например у дождевых
червей, энхитреид.
Роющие животные могут уходить из слоев, где возникает неблагоприятная
обстановка. В засуху и к зиме они концентрируются в более глубоких слоях,
обычно в нескольких десятках сантиметров от поверхности.
Мегафауна почв – это крупные землерои, в основном из числа
млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки,
цокоры, кроты Евразии, златокроты
Африки, сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые
системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности этих животных
отражают их приспособленность к роющему подземному образу жизни. У них
недоразвиты глаза, компактное, вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой
мех, сильные копательные конечности с крепкими когтями. Слепыши и слепушонки
разрыхляют землю резцами. К мегафауне почвы следует отнести и крупных олигохет,
в особенности представителей семейства Megascolecidae, обитающих в тропиках и
Южном полушарии. Самый крупный из них австралийский Megascolides australis
достигает в длину 2,5 и даже
Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить
большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки,
тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но
размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве. Целый ряд
других животных использует их норы, находя в них благоприятный микроклимат и
укрытие от врагов. Норники обладают чертами строения, характерными для наземных
животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим образом жизни.
Например, у барсуков длинные когти и сильная мускулатура на передних
конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины. У кроликов по сравнению с
зайцами, не роющими нор, заметно укорочены уши и задние ноги, более прочный
череп, сильнее развиты кости и мускулатура предплечий и т. п.
По целому ряду экологических особенностей почва является средой,
промежуточной между водной и наземной. С водной средой почву сближают ее
температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе,
насыщенность его водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие
солей и органических веществ в почвенных растворах, возможность двигаться в
трех измерениях.
С воздушной средой почву сближают наличие почвенного воздуха, угроза
иссушения в верхних горизонтах, довольно резкие изменения температурного режима
поверхностных слоев.
Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных
позволяют предполагать, что почва играла особую роль в эволюции животного мира.
Для многих групп, в частности членистоногих, почва послужила средой, через
которую первоначально водные обитатели смогли перейти к наземному образу жизни
и завоевать сушу. Этот путь эволюции членистоногих доказан трудами М. С.
Гилярова (1912–1985).
4.4. Живые
организмы как среда обитания
Многие виды гетеротрофных организмов в течение всей жизни или части
жизненного цикла обитают в других живых существах, тела которых служат для них
средой, существенно отличающейся по свойствам от внешней.
Использование одними живыми организмами других в качестве среды обитания
– очень древнее и широко распространенное в природе явление. Даже
прокариотические организмы (бактерии, актиномицеты и сине-зеленые водоросли) имеют
сожителей. Среди бактерий описан род Bdellovibrio, представители которого
являются специализированными внутриклеточными паразитами многих других
бактерий. Внутриклеточные паразиты и симбионты обнаружены у большого числа
одноклеточных эукариотических форм (красных, зеленых и диатомовых водорослей,
амеб, радиолярий, инфузорий и др.). Практически нет ни одного вида
многоклеточных организмов, не имеющих внутренних обитателей (рис. 56). Чем
выше организация хозяев, чем больше степень дифференцированности их тканей и
органов, тем более разнообразные условия они могут предоставить своим
сожителям. С другой стороны, способность использовать другие организмы как
среду обитания хотя и характерна для представителей большинства крупных
таксономических групп, но в целом уменьшается с усложнением их организации.
Таким образом, паразитов больше всего среди микроорганизмов и относительно
примитивных многоклеточных, а подверженность заражению паразитами наиболее
высока у позвоночных животных и цветковых растений.

Рис. 56. Наездник, заражающий тлю
Одно из главных преимуществ паразитов – обильное снабжение пищей за счет
содержимого клеток, соков и тканей тела хозяина или содержимого его кишечника.
Обильная и легкодоступная пища служит условием быстрого роста паразитов. Там,
где позволяет пространство, например в кишечном тракте позвоночных, паразиты
могут достигать очень больших размеров по сравнению с их свободноживущими
родственниками. Так, человеческая и свиная аскариды – одни из наиболее крупных
представителей класса нематод, а лентец широкий, бычий и свиной солитеры –
гиганты среди плоских червей, достигающие в длину 8-
Практически неограниченные пищевые ресурсы служат для паразитов также
условием высокого потенциала их размножения, которое обеспечивает им
вероятность заражения других хозяев.
Вторым важным экологическим преимуществом для обитателей живых организмов
является их защищенность от непосредственного воздействия факторов внешней
среды. Внутри хозяина его сожители практически не встречаются с угрозой
высыхания, резкими колебаниями температур, значительными изменениями солевого и
осмотического режимов и т. п. В особенно стабильных условиях существуют
внутренние обитатели гомойотермных животных. Колебания условий внешней среды
сказываются на внутренних паразитах и симбионтах лишь опосредованно, через
организм хозяев.
Защищенность от внешних врагов, обилие легкоусвояемой пищи, относительная
стабильность условий делают ненужной сложную дифференцировку тела, и поэтому
многие внутренние паразиты и симбионты характеризуются в эволюции вторичным
упрощением строения, вплоть до потери целых систем органов. Так, ленточные
черви, всасывающие переваренную хозяином пищу через покровы, отличаются
отсутствием пищеварительной системы и редукцией нервной. Галловые клещи,
живущие в тканях растений, проводят всю свою жизнь и даже размножаются на
стадии эмбриона всего с двумя парами конечностей вместо свойственных всем
паукообразным четырех пар.
Выход во внешнюю среду чаще всего чреват для паразитов многими
опасностями, поэтому на той стадии жизненного цикла, которую паразиты проводят
вне хозяина, у них развиваются различные защитные приспособления, позволяющие
пережить этот критический период (толстые и многослойные оболочки яиц
гельминтов, цисты кишечных амеб, ооцисты со спорами кокцидий, способность к
анабиозу у ряда личинок нематод и т. п.). Если в жизненном цикле паразитов
нет стадии выхода во внешнюю среду, как, например, у малярийного плазмодия, то
таких защитных приспособлений не обнаруживается.
Основные экологические трудности, с которыми сталкиваются внутренние
сожители живых организмов, – это ограниченность жизненного пространства
для тканевых и особенно внутриклеточных обитателей, сложности снабжения
кислородом, трудность распространения от одной особи хозяев к другим, а также
защитные реакции организма хозяина против паразитов.
Живые организмы не только испытывают воздействия со стороны паразитов и
симбионтов, но и энергично реагируют на них. Это сопротивление паразитам
получило название активного иммунитета. Полноценные, здоровые особи
растений и животных часто обладают действенными защитными приспособлениями, не
позволяющими проникать в них патогенным организмам. Например, устойчивость хвойных
деревьев к нападению стволовых вредителей (жуков-короедов, личинок златок,
усачей и пр.) обеспечивается прежде всего выделением смолы, которая содержит
соединения, токсические для этих насекомых. Ослабленные деревья теряют
сопротивляемость, их заселяют насекомые, поражают грибы и другие потребители
живых тканей. У животных защитной реакцией от вторжения посторонних организмов
является выработка гуморального иммунитета – образование в крови хозяина
специфических белковых веществ, антител, подавляющих паразитов. Выработка
иммунитета стимулируется токсинами паразита и часто предохраняет от повторных
заражений.
В ряде случаев организм хозяина отвечает на вторжение паразита
разрастанием окружающих его тканей, образованием своеобразной капсулы,
изолирующей паразита. Такие образования у животных называют зооцецидиями, а
у растений – галлами. Иногда такая изоляция приводит к гибели паразита.
Например, личинки глист, проникающие под наружный слой мантии ряда
пластинчатожаберных моллюсков, окружаются и замуровываются отложениями
перламутра - возникает жемчужина. Чаще, однако, защитная
роль зооцецидиев ограничивается локализацией причиняемого Mikiola fagi вреда в
определенном участке тела хозяина, а сами паразиты используют их как
дополнительные защитные образования. Особенно наглядно это выражено в
возникновении галлов у растений (рис. 57). Вызывающие их насекомые, клещи,
нематоды и другие паразиты выделяют специальные вещества, стимулирующие
преобразование тканей или целых органов растения в галлы с камерой внутри, в
которой их обитатель надежно защищен от высыхания и врагов и обеспечен пищей.

Рис. 57. Разрезанный галл на листе бука с личинкой
мушки-галлицы Mikiola fagi
Ограниченность жизненного пространства особенно сказывается на размерах и
форме внутриклеточных паразитов и симбионтов. Так, грегарины, живущие в полости
кишечника, – это крупные споровики со сложно расчлененной клеткой, тогда
как кокцидии или малярийные плазмодии, являющиеся внутриклеточными паразитами,
отличаются очень мелкими размерами и упрощенным внешним строением.
Недостаток кислорода в тканях и особенно в желудочно-кишечном тракте
организмов-хозяев приводит к тому, что у многоклеточных обитателей
внутриорганизменной среды вырабатывается преимущественно анаэробный тип обмена.
Необходимая для работы клеток энергия высвобождается не за счет дыхания, а за
счет разных видов брожения. У человеческой аскариды утрачены все ферменты
дыхательного цикла, и кислород действует на червей как яд, что используется в
медицинской практике. Однако целый ряд паразитов не утрачивает полностью
способности к дыханию и может переключаться с анаэробного типа обмена на
аэробный, например жгутиковые Trichomonas, эхинококк и др.
Среда обитания паразитов ограничена как во времени (жизнью хозяина), так
и в пространстве. Поэтому основные адаптации направлены на возможность
распространения в этой среде, передачи от одного хозяина к другому. Главнейшие
приспособления к этому – повышенная способность к размножению, выработка
сложных жизненных циклов, использование переносчиков и промежуточных хозяев.
Громадная плодовитость, свойственная паразитам, получила название «закон
большого числа яиц». Естественный отбор привел к развитию у паразитов
гигантской яйцепродукции по сравнению со свободноживущими формами. Человеческая
аскарида продуцирует в среднем 250 тыс. яиц за сутки, а за всю жизнь –
свыше 50 млн. Масса яиц, отложенных одной самкой аскариды за год, в 1700
раз превышает ее собственную массу.
Подавляющее большинство яиц и зародышей паразитов гибнет, не попав в
очередного хозяина или не выдержав воздействия различных факторов внешней
среды. Только чрезвычайная плодовитость увеличивает шансы на выживание и
завершение жизненного цикла хотя бы немногих потомков, поддерживая
существование вида.
Приспособления к умножению потомства проявляются у ряда паразитов также в
виде партеногенеза, полиэмбрионии (клетки одного делящегося яйца дают
начало множеству зародышей), бесполого размножения (почкование у пузырчатых
стадий ленточных червей). Это приводит к чередованию поколений – полового и
партеногенетического или полового и бесполых.
У многих паразитов чередование поколений сочетается со сменой двух или
более хозяев, так что одно поколение существует в одном хозяине, а другое – в
другом. Партеногенетическое или бесполое размножение в промежуточном хозяине
увеличивает шансы паразита на попадание в окончательного хозяина и завершение
жизненного цикла. Многообразие и сложность жизненных циклов паразитов выработались
как приспособление для передачи от одной особи хозяина к другой для
распространения.
В ряде случаев паразиты сами становятся средой обитания других видов –
возникает явление гиперпаразитизма. Двух– или даже трех– и
четырехступенчатый паразитизм не так редок в природе. Например, многоядерные
опалины, живущие в амфибиях, сами бывают иногда на 100 % заражены амебами,
размножающимися внутри их клеток. В свою очередь, амебы, паразитирующие на
опалинах, могут быть поражены грибком из рода Sphaerita. Много сверхпаразитов в
классе насекомых. Например, для паразита капустной белянки наездника Apanteles
glomeratus известно более 20 видов вторичных паразитов из перепончатокрылых.
В разных частях тела многоклеточного организма условия неоднородны.
Хозяин выступает для своих обитателей как многообразная среда. Его паразиты и
сожители приспособились к жизни в определенных органах и тканях, они приурочены
к определенному возрастному и физиологическому состоянию хозяина. Например, в
Сибири в лиственницах тонкоусый еловый усач заселяет преимущественно
прикомлевую часть до высоты примерно
Фауна паразитов изменяется с возрастом хозяина. Увеличение его размеров,
исчезновение личиночных органов и появление новых, смена сред обитания,
метаморфоз, линьки – все это отражается на заселенности хозяина паразитами и
симбионтами.
Большой круг паразитов обитает не внутри, а на поверхности тела хозяина.
Последний в этом случае выступает лишь как часть внешней среды паразита,
снабжая его пищей, предоставляя убежище, трансформируя микроклимат. Связь
эктопаразита с хозяином может быть постоянной или временной. Для постоянных или
длительно связанных с хозяином эктопаразитов одна из основных жизненно важных
экологических задач – удержаться на теле хозяина. В связи с этим типичные
эктопаразиты обычно характеризуются наличием мощных органов прикрепления –
присосок, крючьев, коготков и т. п., которые независимыми путями
развиваются у самых разных по происхождению видов.
Таким образом, паразиты, как и свободноживущие виды, обладают сложной
системой приспособлений к своей среде обитания. Их строение и организация
отражают специфику этой среды. У представителей разных групп, ведущих
паразитический образ жизни, часто развиваются сходные типы приспособлений.
Комментарии
Отправить комментарий