5.1 Адаптация организмов к дефициту влаги

Выработка адаптаций к дефициту влаги – ведущее направление эволюции при освоении различными группами организмов наземной среды.

Эволюционное освоение суши растениями и животными шло через биотопы с условиями, смягчающими лимитирующие жизнь свойства наземной среды. Растения в начале (селур – девон) селились только в обширных мелководных водоемах и по их берегам. Позднее (с карбона) благоприятный и влажный теплый климат вызвал появление богатой растительности, как по берегам водоемов, так и в некотором удалении от них. Дальнейшее освоение суши происходило уже на основе специальных морфофизиологических приспособлений, которые давали возможность освоения и сухих местообитаний.

Беспозвоночные животные осваивали сушу через этап обитания в почве или сырых околоводных биотопах. Благоприятные условия влажности в них способствовали их отрыву от водоемов, даже без обязательной смены типа органов дыхания и водного обмена. Поэтому в почве до сих пор встречаются формы, как с водным, так и воздушным типом дыхания и с покровами различного строения.

Растения по отношению к водному фактору делятся тоже на пойкилогидрические и гомойогидрические. Первые это обитатели биотопов с устойчиво высокой влажностью. Содержание воды в тканях у таких видов очень изменчиво и зависит от влажности среды. Влагообмен идет через поверхность тела. При высыхании растение переходит в состояние оцепенния. Это дает возможность заселять биотопы, которым характерна лишь сезонная высокая влажность, сменяющаяся длительным периодом сухости. К пойкилогидрическим организмам относятся зеленые водоросли, мхи, папоротники, отдельные виды цветковых, а также цианобактерии, некоторые грибы и лишайники.

Высшие наземные растения в большинстве относятся к гомойогидрическим формам. Они способны поддерживать определенное соотношение гидратуры цитоплазмы и окружающей среды, т.е. относительно постоянство обводненности тканей. Гидратура регулируется (показателем служит осмотическое давление клеточного сока) путем приспособления корневой системы, обеспечивающий п остоянный приток воды, либо путем ограничения транспирации (испарения воды). Определенное значение имеет и запасание воды в клетках и на уровне целого организма.

Ниже мы рассмотрим лишь некоторые наиболее характерные приспособления растений и животных к недостатку воды.

Растения сухого климата обладают рядом морфологических приспособлений, обеспечивающих минимальную потерю воды, которая достигается путем погружения устьиц в глубь листа; сочности стебля; редукции листьев, превращающихся в иглы или шипы и т.д.

В сухом климате у некоторых растений выработались своеобразные ритмы сезонного развития. Среди растений выделяют группу организмов – это эфемеры ( от лат. недолговечный), в основном однолетние растения с очень коротким вегетационным периодом, который ограничен сжатыми сроками весеннего или осеннего увлажнения. Сюда относятся рогоглавник серпорогий, вероника кривоногая, мак обыкновенный и т. д.

Четко выражена приспособленность и у некоторых многолетних растений к сезонному ритму влажности, это так называемые эфемероиды. Они могут задерживать свое развитие при неблагоприятных условиях влажности до тех пор, пока она не станет оптимальной. Или же, как эфемеры, могут пройти весь срок развития за очень короткий срок, например в весенний период. Эфемероидами являются тюльпаны, гиацинт степной, саксаул черный и саксаул белый и т.д.

По отношению к влажности различают эвригигробионтые и стеногигробионтые организмы. Первые приспособились жить при различных колебаниях влажности, а для вторых она должна быть строго определенной: либо высокой, либо средней, либо низкой.

Развитие животных также связано с влажностью среды. Но они в отличие от растений, во-первых, могут активно отыскивать условия с оптимальной влажностью, во вторых, обладают более совершенными механизмами регуляции водного обмена.

Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения и выделения нуждаются в ее периодическом поступлении. Многие из них пьют воду, другие всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии; к последним относится большинство амфибий, некоторые насекомые и клещи. Большая часть животных пустынь никогда не пьет; они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступающей с пищей. Также есть животные, получающие воду еще более сложным путем – в процессе окисления жиров. Это известное всем животное верблюд и насекомые, специализировавшиеся на определенной пище – рисовый и амбарный долгоносики, гусеницы платяной моли и моли, питающейся жиром. Воду, добытую с большим трудом, животные вынуждены экономить всеми возможными путями. Это достигается и ночным образом жизни, непроницаемостью их покровов, уменьшающей испарение, погружение органов дыхания в глубину тела и узость их отверстий. Большую часть воды сухопутные животные теряют вместе с продуктами выделения. Поэтому выброс этих продуктов в форме аммиака и мочевины, легко растворимых и токсичных, возможен в том случае, если животное не испытывает недостатка в воде. В противном случае они удаляются преимущественно в форме почти нерастворимой мочевой кислоты, т.е. в виде сухого вещества. Это характерно для рептилий и многих насекомых.