Тема урока. Окружающая среда растений

Посмотреть на Поющий бархан в природном парке Алтын-Имель. Прямо жду не дождусь. Ведь настоящая пустыня! Согласитесь, природа очень изобретательна. Самые неподходящие для проживания районы Земли оказываются покоренными зелёными "первопроходцами". Но климатические условия везде отличаются, а значит, и приспосабливаться к ним нужно по-разному.

Как приспосабливаются растения к пустыням

Днём жарко, как в аду, ночью холодно, а дождь не идёт порою несколько лет подряд. Да уж, в пустыне есть к чему приспосабливаться. Поэтому растения были вынуждены "отказаться" от листьев, с большой поверхностью испарения и заменили их колючками , чтобы не терять драгоценную влагу. Как, например, эти:

1. Верблюжья колючка . "Иголок" у неё много, они занимают большую площадь, и на них утром может конденсироваться скудная влага. Но в пустыне и эти капли очень важны!
2. Опунция (кактус ) - запасает в своём мясистом теле воду на долгие месяцы.

Растения тундры

Даже сложно сказать, что хуже для растений - пустыня или тундра, в которой стоит дикий холод и практически постоянно дуют ветры. Деревья тут не вырастают, как правило, выше полутора метров, чтобы справляться с ветрами , а большая часть растительности – это вообще лишайники и редкие низкорослые травы . Вот некоторые из них:

1. Карликовая берёза – она больше похожа на кустарник, высотой не более метра, с маленькими листиками.
2. Ягель – знаменитый лишайник, которым питаются северные олени. Он похож на тонкие кораллы, около 20 см высотой.

Растения тропических лесов

Казалось бы, к чему тут приспосабливаться? Ан нет, не всё так просто. Высокая влажность и частые дожди привели бы к гибели любое неподготовленное растение – оно бы просто сгнило. Поэтому для местной фауны характерны глянцевые листья , с которых хорошо скатывается вода. Типичные представители "дождевого леса":

1. Мангры – это деревья, живучие как тараканы. Они бывают затоплены по несколько месяцев. Растут в местах, где солёная морская вода смешивается с пресной, выводя избыток соли через листья.
2. Орхидеи (эпифитные) – чтобы их не затопило, приспособились жить на деревьях. Тоесть и корень, и цветы, и листья - всё это сидит на ветке, получая необходимую влагу из тумана, или собирая дождевую воду.

Почему комнатные цветы болеют, отказываются цвести и даже гибнут? Одной из основных причин этого является неправильное освещение растений, нарушение светового режима. Свет необходим им для построения первичных органических веществ, и если их не хватает, растение чахнет.

Чем мы можем им помочь? В первую очередь – созданием благоприятных условий. А для этого нужно знать предпочтения каждого питомца и механизм влияния на него солнечного излучения.

Основные характеристики солнечного света – это интенсивность, спектральный состав, сезонная и суточная динамика.

Спектральный состав

Ещё из школьных уроков физики мы знаем, что солнечный свет неоднороден, а состоит из лучей с разной длиной волн.

• Красные лучи с длиной волн 720-600 нм и оранжевые 620-595 нм – основные поставщики энергии для фотосинтеза. Они влияют на скорость развития растений, а их избыток задерживает цветение;
• Желтые и зеленые лучи особой роли в жизни растений не играют;
• Синие и фиолетовые волны длиной 490-380 нм участвуют в образовании белка, влияют на развитие корней, ускоряют наступление цветения;
• Более длинные ультрафиолетовые лучи 315-380 нм стимулируют синтез витаминов и препятствуют вытягиванию растений. А короткие 280-315 нм повышают их холодостойкость.

Если понимать, в каком спектре света растение нуждается более всего, для него можно подобрать искусственный источник освещения. Сегодня сделать это несложно, так как в продаже появились специальные светодиодные и люминесцентные фитолампы, излучающие «правильные» волны.

• Светодиодные лампы дороже, но обладают массой преимуществ, в числе которых прочность, очень долгий срок службы и низкое тепловыделение.

• Цена люминесцентных ламп гораздо ниже, их рационально использовать, когда подсветка нужна в течение непродолжительного времени. Например, для выращивания рассады или досвечивания комнатных растений зимой.

Это важно. Лампы накаливания практически бесполезны в этом отношении, так как излучают мало «полезного» света и дают слишком много тепла.

Интенсивность

Интенсивность света может быть нормальной, недостаточной или избыточной. Это зависит не только от погоды, времени суток и яркости солнечных лучей, но и от местоположения растений относительно источника света.

Проще всего создать оптимальное освещение для растений в теплице, в которую солнце проникает в течение всего дня с разных сторон. Сделать это дома сложнее.

Мало того, что свет из окон – односторонний, так и условия освещенности на одном и том же окне всегда неодинаковы:

• На западном окне больше света получают растения, стоящие на правой его стороне;
• На цветочные горшки, подвешенные в кашпо или стоящие на высокой полке у верхней фрамуги, падает только боковой свет. Тогда как цветы, живущие на подоконнике, получают и верхний.

• Количество падающего в комнату и на растения света зависит и от размеров, и от расположения окон. Больше солнца пропускают в помещение наклонные мансардные окна, круговые эркерные и расположенные на соседних угловых стенах.

• Намного дольше освещается ярким солнцем комната, окна которой выходят на юг. Ласковое утреннее солнце на несколько часов заглядывает в восточные окна, а самое жаркое вечернее – в западные.

• В северные окна в течение всего дня проникает только рассеянный свет. Для прямых лучей они недоступны.

Стремясь выжить, приспосабливаются к условиям окружающей среды. Адаптация, или приспособляемость, - результат долговременного взаимодействия всего живого с внешней средой. Она помогла жизни распространиться по всему миру. Приспосабливаясь, живой организм изменяет свои повадки и даже строение.

В пустынях можно найти яркие примеры адаптации организмов к очень суровым условиям жизни. В пустынях растения и животные, каждое по-своему, приспосабливались к жаркому и сухому , научились долго хранить в своем организме запасы и пищи и интенсивнее охлаждать тело. Австралийская пустыня - самая крупная в мире песчаная пустыня после Сахары. Там много разнообразнейших пустынных ландшафтов, зависящих от особенностей климата и местных пород. Коренные жители Австралии, аборигены, за тысячелетия приспособились к условиям обитания в степи и пустыне. Вплоть до недавнего времени группы аборигенов вели традиционный кочевой образ жизни, добывая пищу охотой и собирательством. У дерева малга вместо листьев — увеличенные черенки, благодаря которым его крона испаряет меньше влаги. Сумчатые мыши прячутся от дневного зноя в глубоких норках, а ночью выходят поискать пищу. На случай голода в их хвостах есть за пас жира. Существует немало других примеров приспособлений к жизни в жарких пустынях. Так, у кактусов вместо листьев развились колючки, позволяющие уменьшить потерю влаги. А у североамериканского зайца появились очень длинные уши. Длинные уши североамериканского зайца, покрытые кровеносными сосудами, как бы «выпускают» лишнее и охлаждают тело.

Наступление пустынь

Нередко возникают в результате деятельности человека - например, при вырубке лесов или интенсивном скотоводстве; тогда засушливые могут стать настоящими пустынями. В наши дни угроза превратиться в пустыни нависла над многими территориями. Затраты на защитные меры и восстановление засушливых земель, по сравнению с доходами от сельского хозяйства на этих землях, очень невелики. Но тем не менее почвозащитные меры почти не применяются, и многие сельскохозяйственные страны жестоко страдают от наступления пустынь.

Как устроить кактусовый сад

Наполните плоский глиняный горшок песчаной землей и украсьте камешками. Это все, что вам потребуется для кактусового сада. Кактусы вы можете купить или вырастить из черенков. Для этого срежьте один из отростков у большого кактуса. Дайте ему несколько дней подсохнуть, а затем высаживайте его в землю. Пустив корни, кактусы почти не требуют поливки или ухода. Им нужно лишь как можно больше солнца.

Ледяные пустыни

Условия окружающей среды в ледяных заснеженных пустынях полярных областей столь же суровы, как и в жарких песчаных пустынях. Зимой льды и снега полностью покрывают громадный материк и поверхность его прибрежных морей, а также Арктику. Но и там можно встретить животных, приспособившихся к жизни в этих суровых условиях. Полярные медведи зимой укрываются в берлогах под толстым слоем снега и впадают в спячку. Густая шерсть на лапах не дает им проваливаться в снег. Выжить в условиях сильного холода могут только теплокровные животные, температура тела которых постоянна. Толстые слои жира и шерсть позволяют им сохранять тепло. Жители Севера эскимосы в зимнюю стужу смазывают лицо жиром и носят теплую меховую одежду.

Полярное лето

Коротким полярным летом снега и льды тают, обнажая тундру. Разнообразные растения и мелкие животные, населяющие ее, мгновенно просыпаются. Растения переносят долгую зиму либо в семенах, либо вообще не замерзая (многие из них содержат свой «антифриз»). Они быстро развиваются и успевают дать семена за короткое северное лето. В жарких сухих пустынях также бывают короткие периоды буйного расцвета растительности. Это происходит после дождя, когда вода возвращает к жизни давно ожидающие ее семена. Растения в пустынях - в основном эфемеры, успевающие прорасти и дать семена за очень короткий срок.

Защитная окраска и мимикрия

Защитная окраска - умение животных или растений маскироваться в окружающей среде, чтобы стать почти незаметными. Это спасает их от хищников. Но иногда и хищники пользуются мимикрией, чтобы незаметно подкрасться к своим жертвам. Мимикрия - полезный для животных способ маскировки, когда они становятся очень похожими на каких-либо других существ или на предметы окружающей природы. Цвет шерсти арктической лисицы меняется в зависимости от времени года; зимой он белоснежный, летом красно-бурый. Это - один из примеров мимикрии. Камбала, изменяя свою окраску, становится почти незаметной для хищников. Цветки орхидеи-пчелы очень похожи на пчел, это привлекает к цветкам настоящих пчел, которые ищут подругу. Они приносят на лапках пыльцу и опыляют цветки.

Исследование семян

К условиям среды обитания приспосабливаются не только сами растения, но и их семена, что дает им гораздо больше шансов выжить. Чаще всего семена приспосабливаются к полету по ветру, Наберите как можно больше семян разных видов и рассмотрите, как разнообразны их формы и размеры. Затем подбросьте их в на улице и проследите, сколько времени и как пролетит каждое семечко, прежде чем упасть.

Цитируя великого Яна Малькома (Ian Malcolm), стоит отметить, что «жизнь всегда найдёт способ». Природа полна примеров эволюции, обеспечивающей механизм выживания для флоры и фауны, населяющей Землю. Ниже представлены десять животных и растений, которые в ходе эволюции выработали специфические характеристики или способности, которые позволяют им выживать или даже процветать в своей среде обитания.

10. Газель-доркас (Dorcas Gazelle)

Из-за того, что она эндемична Ближнему Востоку и Северной Африке, газели-доркас пришлось выработать в ходе эволюции ряд черт, которые позволили бы ей выжить, почти при полном отсутствии питьевой воды. Во-первых, они могут всю свою жизнь обходиться без питьевой воды, выживая только благодаря жидкости, которую они получают, употребляя в пищу растения. Помимо этого, когда жидкость практически невозможно найти газели-доркас могут экономить воду посредством концентрирования своей мочевой кислоты, выводя её из организма в виде гранул, а не жидкости. В такие периоды они также значительно снижают количество жидкости в своём помёте.

9. Клесты (Crossbills)


Клесты включают в себя целый ряд видов воробьинообразных, которые приспособились к тому чтобы с большой эффективностью употреблять главный продукт в своём меню - сосновые шишки. Из-за того, что до семян внутри колючих шишек очень трудно добраться обычным клювом, клесты выработали клюв, концы которого пересекаются, что позволяет им быстро раскрывать чешуйки сосновых шишек и добираться до семян.

У них также очень сильные языки, которые могут просунуться между чешуйками сосновой шишки, раскрытыми клювом, и достать семечки. Они также питаются насекомыми и фруктами, но их клювы специфически развивались для того, чтобы они могли питаться сосновыми шишками, которые гораздо более доступны.

8. Бамбук


Это особенное растение, как и небольшое количество других видов растений, выработало специфическое расписание для посева своих семян. Бамбук не цветёт и не вырабатывает семена в течение долгих лет, затем огромное количество семян разом выпускается и распространяется. На материковой части Китая считается, что бамбук цветёт лишь один раз в каждые 120 лет, покрывая землю семенами как одеялом.

Ученые выдвинули ряд теорий относительно того, почему у бамбука развилась именно эта способность, и одна из самых правдоподобных гипотез состоит в том, что растения так поступают, чтобы животные, питающиеся их семенами, не смогли съесть все семена. Единственным недостатком такой системы является то, что взрослые растения зачастую погибают, если вокруг них начинает расти огромное количество молодых побегов.

7. Панамская золотая лягушка (Panamanian Golden Frog)


Доведённая почти до полного исчезновения из-за потери среды обитания панамская золотая лягушка живёт исключительно в тропических лесах Панамы, в основном рядом с быстротекущими реками и водопадами. Из-за большого шума в их естественной среде обитания они выработали способность, которая встречается очень редко в царстве животных: они используют семафор.

Рудиментарная форма языка жестов, коей является семафор, используется лягушками для передачи основных сообщений, таких как желание спариться или предупреждение о приближении естественных врагов. Самцы этих лягушек также издают свистящие звуки, несмотря на то, что эти звуки практически бесполезны из-за того, что у этого вида лягушек нет барабанных перепонок.

6. Phallostethus Cuulong


Фотография: L.X. Tran
Найденный совсем недавно, в 2009 году, если быть точными, вид рыб под названием Phallostethus cuulong является одним из очень немногих видов рыб, у которых оплодотворение яиц происходит в теле самки. Для того чтобы облегчить этот процесс, самцы выработали пенис, который расположен у них на голове. На его конце находится крючок, похожий на пилу, которым самцы прикрепляются к самкам в процессе спаривания.

Чтобы не отстать от самцов, самки развили свои репродуктивные органы во рту, в задней части горла. Крючок, которым пользуются самцы, очень полезен, так как он значительно увеличивает шансы успешного оплодотворения.

5. Бородач (Lammergeier)


Название этого вида переводится с немецкого языка как «ястреб, охотящийся на ягнят», что вполне уместно принимая во внимание мифы и легенды о свирепости, с которой они охотятся на мелких животных, и даже на детей (хотя это, скорее всего, вымысел). Одна счастливая, или наоборот, несчастная птица, в зависимости от того нравятся ли вам древнегреческие пьесы, поспособствовала смерти Эсхила (Aeschylus). Одним из главных источников их питания является костный мозг - пища, которую невероятно трудно добыть.

Для того чтобы достать драгоценную пищу из костей трупов бородачи кидают кости с высоты приблизительно 80 метров, в надежде, что они ударятся о камни и разобьются.

4. Marcgravia Evenia


«Marcgravia evenia» - это цветущее вьющееся растение, которое в основном встречается в кубинских тропических лесах, и опыляют его, по большей части, летучие мыши. Из-за того, что летучие мыши плохо видят на больших расстояниях, это растение выработало специфическую особенность, которая помогает ей выделяться для своих опылителей. Листья в форме блюдца, которые растут над цветущей частью растения, служат в качестве своего рода рефлекторов радиолокационных антенн для эхолокации летучих мышей, что позволяет летучим мышам найти их гораздо быстрее.

Из-за редкости этого растения, а также из-за того, что отдельные растения разбросаны по большой территории, любое сокращение времени, необходимого летучим мышам на поиск растения, очень благоприятно для него. Ученые использовали листья с лозы этого растения, чтобы проверить летучих мышей и их возможности нахождения спрятанной пищи и обнаружили, что листья сокращали время поиска на 50 процентов. Для сравнения, обычный лист уменьшал это время лишь на 6 процентов.

3. Саламандра пятнистая (Spotted Salamander)


Относительно широко распространённое и непритязательное животное, пятнистая саламандра обладает одной из самых уникальных характеристик в мире животных: это первое известное науке позвоночное, которое может использовать фотосинтез. На протяжении многих лет учёные полагали, что водоросли, которые состоят в симбиотических отношениях с зародышами пятнистой саламандры, были ответственными за хлорофилл, который был обнаружен в телах ящериц.

Тем не менее, канадские исследователи недавно обнаружили, что пигменты, необходимые для фотосинтеза, на самом деле были внутри клеток пятнистой саламандры. Более того, они обнаружили, что у эмбрионов, которые взаимодействовали с водорослями, было гораздо больше шансов выжить, и росли они гораздо быстрее.

2. Слива Казуара (Cassowary Plum)


Эндемичная Новой Гвинее и австралийским тропикам северного Квинсленда (North Queensland) слива казуара является небольшим деревцем, на котором растёт очень токсичный фрукт, который опасен почти для всех животных, включая людей. Есть лишь одно существо, способное употреблять в пищу сливы казуара, и вы уже, наверное, догадались по названию растения, что этим существом является казуар, большая нелетающая птица. Как и в случае большинства фруктов, семена фрукта заключены в мясистую мякоть и они проходят через пищеварительную систему казуаров без проблем благодаря тому, что пищеварительная система этих птиц очень короткая и быстро переваривает пищу.

Кроме того, ферменты, содержащиеся в кишечнике этой птицы, нейтрализуют токсичность семян. Есть ещё один маленький грызун, который может употреблять фрукты сливы казуара, но он также съедает и семена, что не помогает распространению растения. К сожалению, на данный момент сам казуар и слива казуара находятся на грани исчезновения. Их может в скором времени не стать, если не будут приняты соответствующие меры по охране их среды обитания.

1. Комар лондонского метрополитена (London Underground Mosquito)


Система метрополитена под Лондоном является рассадником совершенно нового типа комаров, который ответвился от своих наземных родственников в процессе, занявшем лишь сто лет (намного меньше, чем тысячи лет, которые обычно занимает процесс эволюции). Во время строительства метро комары, теперь известные как «Culex Pipiens molestus», попали в тоннели и начали постепенно превращаться в отдельный вид.

Во-первых, изначальная версия этого комара питалась исключительно кровью птиц, но этот новый вид кормится также не брезгует грызунами и людьми. Кроме того, они изменили свой процесс размножения, чтобы лучше приспособиться к новой среде обитания. Обычным комарам нужно сначала напиться крови, чтобы отложить яйца, а комары лондонского метрополитена сначала откладывают яйца, так как там сложно найти еду. И наконец, что хуже всего для людей, они активны круглый год, в отличие от большинства видов комаров, которые впадают в спячку в зимний период. К счастью, они не могут скрещиваться со своими предками с поверхности, поэтому они в основном остаются в системе метрополитена.

Растения распространены на Земле почти повсеместно. Исключение составляют большая часть Антарктиды, Гренландии, острова Северного Ледовитого океана и верхние части горных массивов. Необыкновенная приспособленность растений к различным местам обитания поистине удивительна. Бывает даже трудно представить, как то или иное растение может существовать в трудных, порой экстремальных условиях природной среды. А они живут, растут, развиваются и дают потомство!

Живя в условиях Крайнего Севера или жаркого юга, растения приспосабливают строение своей древесины, листьев, побегов к конкретным условиям. Это дает им возможность жить при очень низких или, наоборот, при очень высоких температурах почвы и воздуха, при избытке или недостатке освещения и влаги.

Чем жестче и тяжелее условия обитания, тем гениальнее и разнообразнее приспособляемость растений к превратностям окружающей среды. Нередко приспособление заходит столь далеко, что внешняя среда начинает полностью определять форму растения. И тогда растения, относящиеся к различным семействам, но обитающие в одних и тех же суровых условиях, часто становятся внешне столь похожими друг на друга, что это может ввести в заблуждение в отношении истинности их родственных связей.

Например, в пустынных областях для многих видов, и, прежде всего, для кактусов, наиболее рациональной оказалась форма шара. Однако не все то, что имеет шарообразную форму и утыкано шипами-колючками, - кактусы. Столь целесообразная конструкция, позволяющая выжить в тяжелейших условиях пустынь и полупустынь, возникла и в других систематических группах растений, не принадлежащих к семейству кактусовых. И наоборот, кактусы не всегда приобретают форму шара или колонны, усеянной колючками.

Кактусы, которые приспособились жить в кронах лесных великанов и стебли которых, подобно лианам, свисают до самой земли, широко распространены в тропических лесах Центральной и Южной Америки. Некоторые из них обитают даже на Мадагаскаре и Цейлоне.

Лазящие кактусы - это ли не поразительный пример способности растений приспосабливаться к новым условиям жизни? Но он не единственный из многих сотен других.

Обычными обитателями тропических джунглей являются вьющиеся и лазящие растения, а также растения-эпифиты, поселяющиеся в кронах древесных растений. Все они стремятся как можно скорее выбраться из вечных сумерек густого подлеска девственных тропических лесов. Они находят путь наверх, к свету, не создавая при этом мощных стволов и опорных систем, требующих огромных затрат строительного материала. Они спокойно карабкаются вверх, пользуясь «услугами» других растений, выступающих в роли опор. Для того чтобы успешно справиться с этой новой задачей, растения изобрели разнообразные и довольно совершенные в техническом отношении органы: цепляющиеся корни и черешки листьев с выростами на них, шипы на ветвях, цепляющиеся оси соцветия и т.д. В распоряжении растений имеются петли-арканы; специальные диски, с помощью которых одно растение своей нижней частью прикрепляется к другому; подвижные усиковидные крючочки, вначале впивающиеся в ствол растения-хозяина, а затем разбухающие в нем; разного рода сдавливающие приспособления и, наконец, весьма изощренный аппарат захватывания.

Таким образом, все растения и животные постоянно адаптируются к окружающей среде. Чтобы понять, как это происходит, необходимо рассматривать не только животное или растение в целом, но и генетическую основу адаптации.