Лекция 5_Водата като фактор и среда PDF

Екологични фактори – влияние върху организмите Вода „Черногърбият чакал Canis mesomelas рискува всеки път, когато намира вдлъбнатини, запълнени с вода в Ботсвана, защото...

Екологични фактори – влияние върху организмите Вода „Черногърбият чакал Canis mesomelas рискува всеки път, когато намира вдлъбнатини, запълнени с вода в Ботсвана, защото може да бъде похитен от по-големи хищници, като леопардите, с които споделя южноафриканския ландшафт.“ гл. ас. Калина Пачеджиева (Molles M. & Sher A., 2019) Катедра Екология и ООС  Водата – жизненоважен екологичен фактор Съдържанието на вода в повечето организми е голямо, варира от около 50% до 90% - отражение на «водния» 46°C произход на живота Всички биохимични процеси в организмите протичат във водна среда Значение за поддържане на осмотичното налягане 70°C Газообменът при животните е възможен само при наличието на влажни повърхности Diceroprocta Значение за формиране на топлинния баланс при apache, Сонора сухоземните организми Лимитиращ фактор от критично значение за организмите на сушата и в хиперхалинна водна среда В изследването на взаимоотношенията между организмите и околната среда изучаването на отношенията с водата е от основно значение! Живот от водна към сухоземна среда Развитие на приспособления към недостиг на влага - водеща еволюционна тенденция в развитието на различни групи организми, които заемат сухоземната среда Преминаване към сухоземен начин на живот през силур- девон (преди повече от 400 млн. години) В еволюционен аспект заемането на сушата от растенията и животните се е случило в местообитания с по- смекчаващи условия, например в обширни плитки водни басейни и по техните брегове Обитаването на влажни биотопи - обединяващо условие за развитието на живот на сушата за еукариотите  Над 75% от повърхността на Кръговрат на водата Земята е покрита с вода океаните съдържат 97% ≈ 2% в полярните шапки и ледниците под 1% в сладките води в езерата, реките и подземните води Значение на микроклимата и количеството на водата в околната среда Валежи, инфилтрация, подхранване на подземните води, отток, изпарение, транспирация Разпределението на водите между отделните резервоари е динамично  Съдържание на вода във въздуха и как го измерваме Абсолютна влажност – отразява съдържанието на водни пари в единица обем Относителна влажност плътност на водните пари (mg H2O/L или g H2O/m3) максимална наситеност с водни x100 пари при определена t° Дефицит на насищане – разликата между количеството на парите, с които е наситен въздухът при дадена t°, и абсолютната влажност Голям дефицит Малък дефицит на насищане на насищане Движение на водата и водно-солеви баланс при водните обитатели Водни басейни по отношение на солеността: сол вода Сладки – под 0.5‰ Солени – над 0.5 ‰; океани – около 35‰, хиперхалинни вътрешноконтинентални езера (до 370‰) Изо-, хипо- и хиперосмотични водни организми Изоосмотични – концентрацията на вода и разтворени вещества в тялото и средата е една и съща Движение на водата и водно-солеви баланс при водните обитатели Сладководни (хиперосмотични, много сол в сол вода тялото) Ограничават прекомерното навлизане на вода в тялото Отстраняват излишната вода Голямо количество силно разредена урина Задържат соли в специални органи и клетки (хриле, бъбреци) Движение на водата и водно-солеви баланс при водните обитатели Соленоводни (хипоосмотични, малко сол в тялото) Ако солите са повече отколкото в тялото – сол вода обезводняване Непрекъснато пият вода Задържане на урея и натрупване на триметиламиноксид (ТМАО) в кръвта при някои акули, за да балансират загубите на вода Йонни помпи в хрилете на костни риби Физиологичен контрол на осморегулацията – при костни риби неврохуморални механизми на системата хипоталамус - хипофиза - вътрешна надбъбречна тъкан Бъбреци (отстраняват солите при морските бозайници) Сол-секретиращи жлези при птици  Движение на водата от почвата към растенията и атмосферата На сушата водата се движи по градиента на водния потенциал на системата почва-растение-атмосфера H2 O ψрастение = ψо + ψm + ψp, където: ψо - осмотичен потенциал, тенденция за пренос на молекула вода от разтвор с ниски концентрации към високи такива. Това е основният компонент от общия потенциал на листната и кореновата вода ψm - субстратен (матричен) потенциал, склонност към адхезия на водните молекули към повърхности, като стени на контейнери, клетки и т.н. Глинестите почви имат висок матричен потенциал H2 O ψпочва = ψm ψp – хидростатично налягане, сила, която възниква при изпарението на вода чрез листата в атмосферата  Потенциалът Водният потенциал на системата на сухия въздух е най- нисък. почва-растение-атмосфера намалява, става по-отрицателен от почвата към растението и В горната част на растението водният потенциал е по- атмосферата (по Manuel C. Molles нисък (по- отрицателен) Jr. & Anna A. Sher, 2019) Водният потенциал на почвата е по- висок (по-малко отрицателен) Воден потенциал на чистата вода  Регулиране на водното съдържание от организмите на сушата. Адаптации За какъв баланс става въпрос? снабдяване на организма с вода загуби на вода от организма Развитие на различни анатомо-морфологични и физиологични адаптации за поддържане на водния баланс Принципно подобни начини за регулиране на водата от растенията и животните W ia = W d + W f + W a − W e − W s W ip = W r + W a − W t − W s  Ws W t – най-големите загуби на вода са чрез транспирацията W e – основният начин за загуба на вода от организма Wа W a – при влажен климат W d, W f – основният път вятър – за постъпване увеличава Ws загубата чрез на вода в изпарение повечето животни на сушата W ip = W r + W a − W t − W s W ia = W d + W f + W a − W e − W s W r – основният път за постъпване на вода в растенията Как организмите си набавят вода Животни Пиене, хранене, директно абсорбиране при много дребни животни Някои по-необикновени начини при животни, които обитават райони с ариден климат (поведенчески адаптации) Значение на метаболитната вода C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O Onymacris unguicularis от Намиб – проявява инженерен подход, за да се снабди с вода  Как организмите си набавят вода За разлика от животните, растенията на сушата си набавят водата предимно чрез корените от почвата Дълбоки коренови системи при ариден климат (от 9 до 30 m при някои пустинни храсти) Различна дължина на кореновата система при Artemisia frigida в Различна дължина на кореновата система при сухи и по-влажни местообитания различна почвена влажност Наличие на географски градиент (различия) в дължината на кореновата система – тя се увеличава от 80° до 30° географска ширина, т.е. от арктическата тундра до средиземноморските храсталаци и пустините  Как организмите запазват водата? Адаптации при животните Друг начин за поддържане на водния бюджет е намаляването на загубите на вода от организма. Механизми: Cicindela oregona Cicindela obsoleta Хидроизолация за намаляване на водата при 60 изпарение – водонепромокаеми обвивки (при 50 растения и животни) загуба на вода, μg/m2/h Образуване на концентрирана урина и 40 екскременти с ниско съдържание на вода 30 Кондензиране и използване на водата при дишането, 20 Ограничаване на жизнената дейност във 10 времеви интервали и места с повече вода (поведение при животни) 0 близо до река в суха ливада Защо скоростта на загубата на вода от организмите е различна? Как организмите запазват водата? Адаптации при растенията Растенията от аридните райони имат по-малка листна площ на единица площ от кореновата система Salicornia europaea Много пустинни растения произвеждат листа само след обилни валежи или редуцират листната повърхност до 0 при продължителна суша, губейки или свивайки листата си Анатомични адаптации: Твърдолистие (склерофилност) – твърди листа с по-малка транспирираща повърхност/единица обем фотосинтезираща тъкан в сравнение с меките листа Сукулентност - силно развита водоносна тъкан в листата или стъблата (листни и стъблени), тънка и плитка коренова система Lithops Брой на устицата на единица площ - ??; наличие на структури в тях, които възпрепятстват движението на водата Състояние на покой по време на суша Алтернативни пътища на фотосинтезата, при които се запазва водата (C4 и CAM тип растения)  Някои примери за морфологични и физиологични адаптации.... Piper auritum „увяхва“ през деня в топли и сухи открити места в тропическите гори, така намалява температурата и транспирацията Промяна в площта на листата след валеж и по време на сухи периоди при Fouquieria splendens (ocotillo) от пустинята Сонора Echinocactus от пустинята Атакама  Стъблото и клоните са покрити с гъсти бодли – Камилата гледа директно засенчват и намаляват към слънцето, затоплянето намалявайки повърхността на тялото, изложена на пряка Източник на слънчева светлина. метаболитна вода Гъстата космена покривка намалява затоплянето Стъблата и разклоненията на сагуарото складират водата Вертикална ориентация Намалява изпарителните загуби без да се При изобилие от вода и двата поти; хипертермия организма приемат големи количества Различни подходи при два вида пустинни Членестоноги „Потят“ се – отделят вода, за да се охлаждат през специални пори по гръбчето, т.е. висока We Ниска скорост на метаболизъм Хранене с растителните течности на мескитовите дървета, висок Плътни водоустойчиви приток на вода Wd кутикули Екологични групи растения според влажността Хидрофити Хигрофити Мезофити Ксерофити Според начина на регулиране на водобмена: Пойкилохидрови - съдържанието на вода в тъканите е изменчиво и зависи от влажността на средата, водообменът се осъществява през повърхостта на талуса и при засушаване изпадат в състояние на анабиоза. Тук се отнасят голяма част от низшите растения (зелени водорасли), а от висшите – някои мъхове, папрати и вторично, някои цветни растения, цианобактериите, някои гъби и лишеите Хомеохидрови - повечето висши растения, способни да поддържат определено съотношение на хидратация на цитоплазмата и околната среда, т.е. относително постоянство на оводненост на тъканите: чрез приспособленията на кореновата система, обезпечаващи постоянния приток на вода, чрез ограничение на транспирацията, значение на запасната вода в клетките Източници и линкове Manuel C. Molles Jr., Anna Sher. 2019. Ecology. Concepts and applications (Water relations). McGraw-Hill Education, New York https://keyassets.timeincuk.net/inspirewp/live/wp- content/uploads/sites/8/2022/10/CLI362.seagrass_meadows.naturepl_01688673- 920x684.jpg https://openoregon.pressbooks.pub/envirobiology/chapter/3-3-terrestrial-biomes/ http://www.rodrigobeas.com/ecologia/wp-content/uploads/2017/02/Molles_2016- dragged.pdf https://www.researchgate.net/publication/358593198/figure/fig3/AS:1123582319050755 @1644894308042/Phragmites-australis-a-common-reed-edible-wild-food.jpg