Адаптации организмов к различным условиям влажности

Адаптации организмов к избытку влаги не получили широкого распространения, т.к. его негативное воздействие чаще связано с ограничением доступа к другим факторам: кислороду, биогенным элементам, свету и т.д. В таком случае адаптации будут направлены на компенсацию недостаточности данных факторов. С проблемой избытка воды даже среди водных организмов сталкиваются лишь обитатели пресных водоемов. Их осморегуляция предусматривает механизмы активного выведения воды из клеток и из организма.

Интересное приспособление к избытку влаги в воздухе имеют растения. Для передвижения воды с минеральными солями вверх по стеблю необходима транспирация (испарение воды с поверхности). Замедление транспирации приводит к недостатку минерального питания. Но при высокой относительной влажности воздуха испарение становится практически невозможным. Чтобы избежать подобной "неприятности", растения во влажные дни могут удалять воду в капельножидком виде, выдавливая ее через устьица. Это явление носит название гутации.

Значительно шире распространены адаптации к недостатку влаги. Их можно объединить в четыре основные группы:

1) уменьшение потерь воды:

видоизменения листьев, толстый кутикулярный покров, листья свернуты в трубочку, опушение листьев, сбрасывание листьев в период засухи, погруженные устьица (растения); клапаны на дыхальцах, выделение азота в виде мочевой кислоты, удлинение почечных канальцев, использование укрытий (животные)

2) увеличение поглощения воды:

обширная поверхностная корневая система и глубоко проникающие длинные корни (растения), активизация обратного всасывания воды (животные);

3) запасание воды:

в слизистых клетках и в клеточных стенках (растения); в специализированном мочевом пузыре, в виде жира (животные);

4) уклонение от проблемы:

переживание сезона в виде семян, луковиц и клубней (растения); летняя спячка в слизистом коконе, кочевки (животные)*.

Объясните, почему указанные особенности строения и жизнедеятельности обеспечивают соответствующие адаптации. Приведите примеры организмов, которым они свойственны. При затруднении обратитесь к первоисточнику классификации.

Приведенный перечень не исчерпывает всех особенностей строения и жизнедеятельности, обеспечивающих адаптации организмов к засушливым условиям. Остановимся на одной из них подробнее.

Растения получают органические вещества, создавая их в ходе фотосинтеза. Для этого необходим углекислый газ, получаемый из окружающей среды через устьица. Но через те же устьица испаряется вода, даже если вся остальная листовая поверхность покрыта плотным кутикулярным покровом. Чтобы "есть" (фотосинтезировать), устьица надо открывать пошире, а чтобы экономить воду, их необходимо закрывать поплотнее. Если учесть, что фотосинтез частично реализуется только в светлое, а значит, - в самое жаркое время суток, круг замкнется окончательно! Это справедливо для большинства, но не для всех растений. А причина заключается в элементах химизма фотосинтеза, которые различаются, несмотря на единство конечного результата.

У высших растений выделяют три основных способа фотосинтеза (точнее, три пути фиксации углекислого газа): С₃, С₄ и САМ (читается - Це-3, Це-4 и ЦАМ).

С₃- путь свойственен большинству растений. Он не позволяет экономить воду; именно его специфике посвящен предыдущий абзац. Свое название С₃-путь получил в связи с тем, что на первом этапе связывания углекислого газа последний присоединяется к молекуле, содержащей 5 атомов углерода. В результате реакции образуются две молекулы, имеющие по 3 атома углерода. Отсюда и название С₃. Как и все биохимические реакции, процесс связывания углекислого газа (карбоксилирования) ферментативный, катализируемый карбоксилазой (если быть точным - рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилазой). Примером С₃ растений могут служить Ежа сборная (Dactylis glomerata), Клевер ползучий (Trifolium repens), все виды родов Береза (Betula), Сосна (Pinus) и многие другие.

С₄-путь отличается от предыдущего тем, что в результате присоединения СО₂ формируется не трех-, а четырехуглеродное соединение. Фермент, катализирующий эту реакцию, значительно активнее и работает при более низких концентрациях углекислого газа, чем карбоксилаза С₃-пути. Кроме того, он активен при более высоких температурах. Поэтому С₄-растения в жару при меньшем количестве открытых устьиц могут усваивать больше СО₂, чем С₃-растения, сохраняя при этом воду. Примеры С₄-растений: Сорго (Sorghum vulgare), Тростник сахарный (Saccharum officinale), Кукуруза (Zea mays).

САМ-путь (Crassulaceae Add Metabolism; кислотный метаболизм Толстянковых - впервые обнаружен у представителей именно этого семейства растений) - самый удивительный способ фотосинтеза. В этом случае процесс поглощения растением углекислого газа вообще отделен от фотосинтеза. Ночью устьица открыты и впускают СО2, а днем фотосинтез идет при закрытых устьицах за счет накопленных запасов. В результате САМ-растения очень экономно используют воду и населяют самые засушливые регионы. К этой группе относятся многие пустынные суккуленты: Ферокактусы (Ferocactus acanthoides), Опунции (Opuntia polyacantha) и некоторые другие.

Поиск по сайту: