Najnowsze odkrycia potwierdzają, że we Wszechświecie są tysiące planet podobnych do Ziemi. Czy, jeśli zamieszkują je organizmy, to przypominają ziemskie? Przykład naszej planety pokazuje, że ich budowa i czynności życiowe musiałyby wykazywać przystosowania do panujących tam warunków.

R1QoccmxJVTZd1

Fotografia satelitarna przedstawia planetę Ziemię

1. Czynniki ekologiczne

Każdy gatunek rozwija się w określonych warunkach środowiska, kształtowanych przez wiele czynników zewnętrznych zwanych czynnikami ekologicznymiczynniki ekologiczneczynnikami ekologicznymi. Czynniki te stale się zmieniają, wskutek czego część osobników ginie, a te lepiej przystosowane do panujących aktualnie warunków przeżywają i rozmnażają się.

Czynniki ekologiczne można podzielić na biotyczneczynniki biotycznebiotyczne, czyli takie, których źródłem są współwystępujące na danym obszarze organizmy, oraz abiotyczneczynniki abiotyczneabiotyczne, wynikające z oddziaływania nieożywionych elementów środowiska. Do czynników biotycznych można zaliczyć m.in. dostępność pokarmu, obecność drapieżników, występowanie organizmów zapylających, tworzenie mikroklimatu charakterystycznego dla określonego zbiorowiska roślinnego, np. lasu. Do najważniejszych czynników abiotycznych należą dostępność tlenu, wody, światła oraz temperatura.

To, jakie czynniki ekologiczne i z jakim nasileniem wpływają na organizmy, zależy w dużej mierze od szerokości geograficznej, wysokości n.p.m., głębokości w przypadku zbiorników wodnych, odległości od morza, rodzaju ekosystemu.

R1UC5mzJNeA3g1

Ilustracja przedstawia brzeg stawu zimą. Na ośnieżonym brzegu zjaduje się stado kaczek i łabędź, w dali widać ludzi. Po prawej stronie wymienione są czynniki abiotyczne, takie jak temperatura powietrza, czy śliskość podłoza, po lewej stronie czynniki biotyczne, takie jak obecność roslin, zagrożenie ze strony człowieka.

Polecenie 1

Niedźwiedź malajski jest najmniejszym z niedźwiedzi, osiąga rozmiary dużego psa. Ma krótkie, lśniące, przylegające do skóry gęste futro pozbawione skręconych włosów wełnistych. Jego stopy są nagie. Największym niedźwiedziem jest niedźwiedź polarny. Jest około 10 razy większy od malajskiego. Ma grube, gęste futro z silnie rozwiniętą warstwą wełnistą. Jego sierść jest bezbarwna lub żółtawa. Skóra tego niedźwiedzia jest czarna, a pod nią leży gruba warstwa tłuszczu. Jego stopy są mocno owłosione, a uszy krótkie, ukryte w futrze.

RPyoOEvcxNMWb1

Ilustracja z lewej przestawia fotografię niedużego niedźwiedzia malajskiego. Jest czarny z beżowym pyskiem. Leży na beżowych, krągłych skałach. Głowę trzyma na przednich łapach. Z prawej mapa wskazująca w kolorze czerwonym rozmieszczenie gatunku na Półwyspie Indochińskim i w Malezji. To najmniejszy z niedźwiedzi.

R2u8WSlSi00pS1

Ilustracja z lewej przestawia fotografie idącego po śniegu białego niedźwiedzia polarnego. Obok krawędź kry i woda. Niedźwiedź jest duży, na wysokich łapach, głowa w lewo. Z prawej mapa przedstawiająca rozmieszczenie gatunku w Arktyce, za kołem podbiegunowym. To największy z niedźwiedzi.

Wykaż na przykładzie obu gatunków niedźwiedzi związek pomiędzy ich środowiskiem życia a cechami budowy.

Wskazówka

Jaki klimat panuje w miejscach występwania obu gatunków niedźwiedzi? W jaki sposób opisane cechy budowy ułatwiają im przetrwanie w środowisku?

2. Woda a termoregulacja

Woda stanowi środowisko, w którym przebiegają wszystkie procesy życiowe komórki, jest więc absolutnie niezbędna dla każdego organizmu. U zwierząt lądowych zwykle stanowi około 60% masy ciała, a u roślin nawet do 90%. Utrata już 2% ilości wody powoduje zaburzenia funkcjonowania organizmu, a ubytek 10‑15% w przypadku człowieka prowadzi do śmierci. Stąd niezwykle istotne są przystosowania, dzięki którym organizm chroni się przed odwodnieniem.

Woda pomaga utrzymać właściwą temperaturę ciała dzięki temu, że ma duże ciepło parowaniaciepło parowaniaciepło parowania. Oznacza to, że cząsteczki wody, by oderwać się od powierzchni kropli, muszą pobrać z niej dużo energii, co obniża temperaturę. Człowiek poci się, by się ochłodzić. Inne ssaki, np. psy, mają skórę pozbawioną gruczołów potowych i dlatego odparowują wodę z błon śluzowych jamy gębowej (poprzez ziajanie).

Rośliny nieustannie odparowują wodę w procesie transpiracji – dzięki temu zjawisku nawet w upalny dzień trawa jest przyjemnie chłodna.

R1eZJFDxWBeoe1

Fotografia przedstawia brązowego psa rasy bokser, leżącego na zielonej trawie. Z pyska wystaje mu duży, różowy język. Pies ziaje, czyli chłodzi organizm.

Jedną z najważniejszych właściwości fizycznych wody jej duża pojemność cieplnapojemność cieplnapojemność cieplna. Aby ogrzać wodę, trzeba dostarczyć jej dużo energii. W praktyce oznacza to, że woda podnosi swoją temperaturę wolniej niż powietrze, ale również wolniej stygnie. Dzięki temu zmiany temperatur w pobliżu zbiorników wodnych przebiegają stosunkowo łagodnie. W przypadku dużych akwenów właściwość ta wpływa na klimat, który nad brzegiem mórz i oceanów jest łagodniejszy niż w głębi wielkich lądów. Termoregulacyjne właściwości wody wykorzystują zwierzęta, którym z powodu upału lub wyniku na przykład długotrwałego biegu grozi przegrzanie: chętnie wtedy zanurzają się w wodzie.

3. Woda jako środowisko życia

Dla części organizmów woda jest środowiskiem życia – tu oddychają, poruszają się w niej, poszukują pokarmu, partnerów lub kryjówek. Wiele z nich uwalnia do wody swoje gamety. Jaja do wody składają owady, których larwy żyją w wodzie, a także ryby i płazy.U niektórych grup roślin – np. paproci i mchów – zapłodnienie również zachodzi wyłącznie dzięki wodzie.

Rl1emc3mnqvJM1

Fotografia korala uwalniającego komórki rozrodcze pod wodą. Widać 'chmurkę' nad koralem - to właśnie komorki rozrodcze. W tle kamienie.

Warunki życia w środowisku wodnym znacznie różnią się od tych na lądzie. Woda ma 900 razy większą gęstość w porównaniu z powietrzem, dlatego pokonywanie jej oporu podczas poruszania się jest dla organizmów prawdziwym wyzwaniem. Zwierzęta szybko pływające posiadają opływowe, torpedowate kształty o gładkich powierzchniach. Pływają, odpychając się płetwami od gęstej, stawiającej opór wody. Te same właściwości wody powodują, że w jej toni swobodnie mogą unosić się mało aktywne organizmy, takie jak plankton czy glony. Duża siła wyporu wody sprawia, że na przykład ślimaki morskie mogą mieć masywne muszle i przemieszczać się z nimi bez wysiłku. Z tego też powodu ciała niektórych zwierząt wodnych pozbawionych szkieletu, np. meduz, mogą osiągać czasem duże rozmiary. Poza środowiskiem wodnym byłoby to niemożliwe, ponieważ ich delikatne ciała poza wodą samoistnie rozrywają się pod własnym ciężarem. Siła wyporu ma także wpływ na pokrój zanurzonych w niej roślin. Mają one wiotkie, elastyczne łodygi i plechy. Rośliny wodne, mimo że pozbawione tkanek wzmacniających, mogą dorastać do wielkich rozmiarów – znane są glony o długości 50 m.

RlVCNZnhlrsY71

Ilustracja przedstawia fotografie ryb o różnych kształtach w czterech rzędach. Pierwsza z lewej u góry to błyszczyk. Jest rombowaty, pokryty wyraźnymi, stalowo błyszczącymi dużymi łuskami. Głowa w prawo, wyraźnie oddzielony, rozwidlony ogon. W środku pławikonik, pionowo. Ma głowę podobną do końskiej, z wydłużonym pyskiem i dużym okiem. Ciało brązowe, poziomo żebrowane, ogon wydłużony i haczykowato zawinięty. Z prawej szarobłękitny, okrągły samogłów. Głowa mała, w lewo, oko zagłębione. Rozdęty tułów ma na końcu jedną długą płetwę w górę i drugą w dół. Zamiast ogona pofalowany fałd skóry. W rzędzie niżej z lewej węgorz o bardzo wydłużonym, gładkim ciele. Głowa mała, zaostrzona. Wąskie płetwy otaczają tułów od połowy ciała. Ogon nie wyodrębniony. Obok szczupak o obłej sylwetce. Głowa w lewo, duże oko, wydłużony pysk. Tułów w pionowe pasy. Brązowe płetwy duże, wyraźnie widoczne. Silny ogon. Poniżej niebieski owalny tuńczyk żółtopłetwy. Duża głowa w lewo, z okrągłym okiem i otwartym pyskiem. Między żółtymi, wąskimi płetwami na grzbiecie i brzuchu rząd kolców. Ostatnia z prawej brązowa płastuga. Ciało okrągłe, płetwy zrośnięte w falbany, wyraźny ogon. Głowa z prawej, na niej małe oczy na górnej stronie.

Polecenie 5

Przeanalizuj wyposażenie pływaka zamierzającego pokonać Kanał La Manche i wyjaśnij, jakie cechy jego stroju ułatwią mu przemieszczanie się w wodzie.

RR3QBj3G93YRE1

Fotografia osoby w sportowym stroju do pływania - pianka, płetwy, czepek, gogle.

Inną ważną dla organizmów cechą wody jest jej przejrzystość. Choć czysta woda jest bezbarwna, to w naturze rzadko taką spotykamy. Zazwyczaj w tej cieczy zawieszone są drobiny (szczątki organizmów, mikroorganizmy), które zmieniają jej barwę i ograniczają widzialność, a tym samym przenikanie światła do głębszych warstw zbiornika wodnego. Czysta woda także pochłania światło i uniemożliwia jego przenikanie na dużą głebokość. Dlatego w pozbawionych światła strefach zbiorników wodnych nie ma roślin, a zwierzęta wodne są krótkowzroczne – dobrze widzą tylko na niewielką odległość.

Szczególną cechą wody jest jej nietypowa rozszerzalność cieplna. Największą gęstość woda osiąga w temperaturze 4°C, natomiast zarówno powyżej, jak i poniżej tej temperatury jej gęstość jest mniejsza. Wskutek tej właściwości w głębokich zbiornikach podczas mroźnych zim woda o temperaturze 4°C gromadzi się na dnie, natomiast lód, mniej gęsty niż woda w stanie ciekłym, unosi się na ich powierzchni. Ryby, płazy i rośliny wodne mogą przetrwać ten niekorzystny dla siebie czas na dnie zbiorników.

4. Tlen

Zdecydowana większość organizmów żywych potrzebuje tlenu. Wyjątkiem są bakterie beztlenowe, niektóre grzyby oraz pasożytnicze bezkręgowce i pierwotniaki.

Jak ważny jest tlen, możemy wykazać na przykładzie człowieka. Zmniejszenie zawartości tego gazu w powietrzu z 21% do 17% powoduje trudności z oddychaniem, a spadek zawartości tlenu do 8% staje się przyczyną śmierci z powodu niedotlenienia. W wodzie tlenu jest znacznie mniej niż w powietrzu. Tlen rozpuszcza się w wodzie, ale to ile się go rozpuści zależy od temperatury i ciśnienia – więcej tlenu rozpuszcza się w wodzie zimnej oraz pod dużym ciśnieniem.

Tlen może przenikać do organizmów o niewielkich rozmiarach, takich jak np. pijawki, na drodze dyfuzji na głębokość około 0,5 cm. Takie organizmy, jeśli nie mają nieprzepuszczalnego dla tlenu pokrycia ciała, np. oskórka, nie muszą wytwarzać specjalnych narządów wymiany gazowej. Zastępuje je wilgotna i duża powierzchnia ciała. Większe zwierzęta potrzebują specjalnych powierzchni oddechowych, które występują w płucach lub skrzelach. W ich przypadku potrzebna jest jeszcze krążąca po organizmie krew, która dostarcza tlen tkankom położonym w głębi ciała, z dala od narządów oddechowych.

Rośliny również potrzebują tlenu – w dzień korzystają z tlenu wytworznego przez siebie w procesie fotosyntezy, nocą z tlenu zgromadzonego w przestworach międzykomórkowych lub pobieranego bezpośrednio w powietrza lub wody.

RkrUTSEHKNufE1

Ilustracja przedstawia larwę płaza ogoniastego. Jest wydłużona, beżowa, ciemno nakrapiana. Po bokach niewielkie kończyny. Głowa w prawo, na niej okrągłe oko, pysk zaokrąglony. Za głową w górę sterczą pierzaste skrzela.

5. Światło

Warunki świetlne zależą m.in. od szerokości geograficznej, pory roku i doby. W strefie umiarkowanych szerokości geograficznych długość dnia zmienia się w zależności od pory roku, w okolicach równika natomiast dzień i noc przez cały rok trwają zawsze po 12 godzin. Z kolei na szerokościach podbiegunowych występuje zjawisko dnia polarnego i nocy polarnej – Słońce za kołem polarnym może nie zachodzić przez 24 godziny. Szerokość geograficzna ma szczególne znaczenie dla roślin ze względu na ich brak mobilności i bezpośrednie uzależnienie od energii świetlnej. W klimacie równikowym, gdzie warunki świetlne nie zmieniają się cały rok, rośliny mogą bez przerwy kwitnąć i owocować – zdarza się, że na jednym drzewie możemy znaleźć zarówno kwiaty w różnych stadiach rozwoju, dojrzałe i niedojrzałe owoce, jak i torebki nasienne. Z kolei w okolicach koła polarnego kwitnienie roślin i wydawanie nasion jest skoncentrowane w czasie lata trwającego tam kilka tygodni. W strefie podbiegunowej żyje niewiele roślin jednorocznych, zimujących w postaci nasion, a dużo bylin oraz drzew i krzewinek, które lepiej znoszą surowe warunki.

Polecenie 7

Zaobserwuj komosę i wymień jak najwięcej jej przystosowań do pobierania światła.

RmHcyVEDQ3uoN1

Komosa osiąga nawet 1 m wysokości. Widok z góry, wyraźnie widać mozaikę liściową.

Wskazówka

Przypomnij sobie tkankową budowę liścia. Czy fakt, że górna powierzchnia liścia komosy jest bardziej zielona niż spodnia, wynika z tkankowej budowy i ma związek z adaptacją do pobierania światła?

To, ile światła dociera do zwierząt, zależy m.in. od ich trybu życia – dziennego bądź nocnego. Część zwierząt bytuje w ciemnościach podziemnych korytarzy, jaskiniach lub morskich głębinach. Ponieważ w takich warunkach świetlnych wzrok nie jest bardzo przydatny, zwierzęta te mają dobrze wykształcone inne zmysły: narząd echolokacji, słuchu i węchu. Często mają bezbarwne ciała, ponieważ ani ich wrogowie, ani partnerzy nie mogą ich dostrzec wzrokiem. Zwierzęta, które żyją w środowiskach, gdzie dociera choć trochę światła, mają duże oczy, które pozwalają wychwycić jak najwięcej promieni. Dodatkowo oczy tych zwierząt są często zaopatrzone w warstwę odbijającą światło. Przykładem zwierzęcia o takich oczach jest kot, częściowo prowadzący nocny tryb życia.

R1McyAL3ZqqTe1

Fotografia przedstawia małpiatkę lori siedzącą na gałęzi. Małpiatka ma chwytne ręce i duże, czarne wypukłe oczy. Pokryta jest futrem.

RoiZxoZ7fWUvQ1

Fotografia przedstawia długie, jasnoróżowe, robakowate, czworonożne ciało odmieńca leżącego na dnie jaskini. Odmieniec wsunął głowę pod kamienie.

R1d8Z9th5EbHa1

Fotografia przedstawia rybę leżącą na dnie, oglądaną z przodu. Na grzbiecie ma liczne wyrostki. Jeden, w pobliżu pyska świeci.

6. Temperatura

Temperatura znacząco wpływa na aktywność organizmów. Enzymy i neuroprzekaźniki odpowiadające za reakcje biochemiczne w komórkach najsprawniej działają w ściśle określonym przedziale temperatur. Zatem, by organizmy mogły wykonywać wszystkie czynności życiowe, temperatura musi być odpowiednia. Doskonale widać to na przykładzie zwierząt zmiennocieplnych, takich jak gady i płazy, które, zwykle szybkie i aktywne w wysokich temperaturach, stają się ospałe i apatyczne w chłodne dni. To dlatego tak niewiele zwierząt z tych gromad występuje w dużych szerokościach geograficznych.

W środowisku wodnym wahania temperatury nie są duże. Inaczej jest na lądzie: skrajnie niskie lub bardzo wysokie temperatury mogą prowadzić do odwodnienia i przegrzania lub do zamarzania wody w tkankach, wskutek czego kryształki lodu mogą uszkadzać błony komórkowe. Te efekty działania skrajnych temperatur mogą być dla organizmów zabójcze. By przetrwać niekorzystne warunki, wiele zwierząt zapada w sen zimowysen zimowy (hibernacja)sen zimowy (hibernacja) lub sen letnisen letni (estywacja)sen letni (estywacja). Zjawiska te nie różnią się od siebie pod względem fizjologicznym i polegają na znaczącym spowolnieniu funkcji życiowych organizmu. Zwierzęta zwalniają akcję serca, metabolizm, częstotliwość oddechów. Przebywając w tym stanie, nie poruszają się, więc zużywają mało zapasów energetycznych i tlenu. Jest to strategia obliczona na przetrwanie w warunkach braku pożywienia czy wody (pośrednio związanym ze zbyt niską lub zbyt wysoką temperaturą).

Również rośliny, aby przetrwać niekorzystne dla siebie okresy zbyt wysokich lub zbyt niskich temperatur, wykształciły wiele przystosowań. Rośliny chronią się przed mrozem, wykorzystując izolację cieplną (gruba kora drzew, liście osłaniające młode pąki wiosną, zimowanie pod ziemią w przypadku bylin), a także wykształcając mechanizmy zapobiegające zamarzaniu wody w komórkach (zwiększone stężenie glukozy w soku komórkowym). Przed zbyt wysoką temperaturą rośliny może ochraniać warstwa izolacyjna (jak kora drzew), mechanizmy odbijające światło słonneczne (np. woskowane liście roślin tropikalnych), zwiększenie transpiracji czy czynne reakcje w postaci odwracania lub zwijania liści. Niezwykle odporne na zmiany temperatury są przetrwalne formy roślin – nasiona.

Zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura sprawiają, że organizmom zaczyna brakować wody i pożywienia. Dlatego niektóre zwierzęta podejmują dwa razy do roku wędrówki migracyjnewędrówki migracyjnewędrówki migracyjne, polegające na przemieszczaniu się w cieplejsze lub chłodniejsze rejony globu. Sygnałem do podjęcia wędrówek (lub zapadnięcia w sen zimowy lub letni) jest jednak nie tylko temperatura, ale i długość dnia. Najbardziej znane i widowiskowe są migracje ptaków, które przemieszczają się w stadach liczących nawet dziesiątki tysięcy osobników. W naszym klimacie odlatują na zimę głównie drobne ptaki owadożerne mające ogromne zapotrzebowanie energetyczne w stosunku do masy ciała. Z kolei zimę spędzają u nas ptaki roślinożerne, jak gile, jemiołuszki i jery, oraz drapieżny myszołów włochaty. Niezwykłym przykładem migrującego ptaka jest szlamnik, który potrafi przelecieć ponad 11 tys. km bez lądowania.

Ciekawostka

Co roku w Ameryce Północnej odbywają się fascynujące migracje motyli. We wrześniu miliony tych owadów opuszczają Kanadę i kierują się w stronę oddalonego o niemal 3 tys. km Meksyku. Żaden z nich jednak nie ma szans tam dotrzeć. Te delikatne owady żyją zaledwie kilka tygodni, więc ich migracja obejmuje aż 5 pokoleń. Potomkowie osobników wyruszających z Kanady docierają do Meksyku na przełomie stycznia i lutego, a spektakl przelotu przyciąga wielu widzów do Rezerwatu Motyli Królewskich Mariposa Monarca w El Rosario, w środkowym Meksyku.

R1LyvW4mPUB2J1

Fotografia przestawia w powietrzu tysiące kolorowych motyli. Są pomarańczowo – czarne, z białymi kropkami. To wędrowne motyle monarchy, lecące corocznie na zimowiska nawet 3000 km. Z boku gałęzie drzew.

Podsumowanie

• Na organizmy mają wpływ czynniki biotyczne, których źródłem są inne organizmy, i czynniki abiotyczne – oddziaływania nieożywionego środowiska przyrodniczego.

• Woda, dzięki powszechności w przyrodzie, zdolności do parowania i gromadzenia energii, jest ważnym czynnikiem łagodzącym zmiany temperatury środowiska i umożliwiającym utrzymanie stałej ciepłoty ciała przez organizmy stałocieplne.

• Woda, dzięki sile wyporu, podtrzymuje organizmy wodne; z powodu dużej gęstości zwierzęta sprawnie pływające muszą mieć opływowy kształt ciała.

• Do pobierania tlenu zwierzętom potrzebne są powierzchnie oddechowe w postaci przepuszczalnej powłoki ciała, skrzeli, płuc.

• Światło słoneczne wyznacza organizmom rytm dobowy i roczny, umożliwia orientację w otoczeniu.

• Temperatura otoczenia wpływa na aktywność organizmów.

Słowniczek

Zadania