25. Влияние низких температур на плотность популяции. Летняя и зимняя спячка. Криофиты и психрофиты. Признаки ксероморфизма у тундровых растений.

Популяция – любая группа организмов одного вида ( или любая группа, особи ктр могут обмениваться генетической информацией), занимающую определённое пространство и функционирующую как часть биотического сообщества.

Плотность популяции – величина популяции, отнесённая к некоторой ед пространства .Число особей или биомасса популяции на ед. площади или объёма. Чем ниже трофический уровень, тем выше плотность, чем крупнее животное внутри данного уровня, тем больше их биомасса.

Для каждого вида существуют оптимальные пределы плотности его популяций. Варьирование плотности каждой популяции в этих пределах зависит от состояния всей экологической системы, т. е. от всего комплекса биотических и абиотических факторов.

В 2015 г. из-за низкой температуры наблюдался фенологическое запаздывание развития и резкое снижение плотности популяции бабочки моли. Бабочки первого поколения в 2015 г. также появились позже – в первой декаде июля, тогда как в 2012–2014 гг. они появились во второй или в начале третьей декады июня.

Эффект воздействия климатических факторов на уровень численности и направленность ее изменения реализуется в первую очередь через изменения смертности, возрастающей по мере отклонения силы воздействующего фактора от оптимальной величины.

Низкие температуры оказывают часто катастрофическое действие на популяции животных: в районах, прилегающих к северным границам ареала, вид может стать более редким и даже полностью исчезнуть.

Спя́чка (зимняя — гибернация, летняя — эстивация) — период замедления жизненных процессов и метаболизма у гомойотермных животных в периоды малодоступности пищи и, соответственно, невозможности сохранения активности и высокого уровня метаболизма. Характеризуется снижением температуры тела, замедлением дыхания и частоты сердцебиения, торможением нервной деятельности (т. н. «глубокий сон» ) и других физиологических процессов.

Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела- несколько видов птиц и многие виды млекопитающих.

Из типа мягкотелых в зимнюю спячку впадают многие виды улиток (например, все наземные улитки). Встречающиеся садовые улитки впадают в зимнюю спячку в октябре, и она длится до начала апреля. После долгого подготовительного периода, в течение которого они накапливают в своём организме необходимые питательные вещества, улитки находят или выкапывают норки, чтобы несколько особей могли вместе перезимовать глубоко под землёй, где температура будет поддерживаться на уровне 7 - 8°С. Хорошо закупорив норки, улитки спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх. Затем они закрывают это отверстие, выпуская слизистое вещество, которое вскоре затвердевает и становится эластичным (похожим на плёнку).

При отрицательных температурах сильно замедляется или практически останавливается всё развитие насекомого. Это анабиотическое состояние, известное под названием “диапауза”, представляет собой обратимую остановку процессов развития и вызывается внешними факторами. Диапауза наступает при возникновении неблагоприятных для жизни условий и продолжается всю зиму, пока с наступлением весны условия не станут более благоприятными.

Наступление зимнего сезона застаёт разные виды насекомых на разных стадиях их развития, в которых они и зимуют – в виде яиц, личинок, куколок или взрослых форм, но обычно каждый отдельный вид впадает в диапаузу на определённой стадии своего развития. Так, например, семиточечная божья коровка зимует во взрослом состоянии.

Известно, что различные виды лягушек, тритонов, саламандр также проводят неблагоприятный зимний сезон в состоянии оцепенения, так как это животные с непостоянной температурой тела, которая зависит от температуры окружающей среды.Установлено, что зимняя спячка лягушек продолжается от 130 до 230 дней и её продолжительность зависит от продолжительности зимы.В водоёмах, чтобы перезимовать, лягушки собираются группами по 10-20 экземпляров, зарываются в ил, в подводные впадины и другие пустоты. Во время зимней спячки лягушки дышат только через кожу.

Из класса пресмыкающихся почти все виды нашей фауны зимой впадают в состояние зимней спячки. Низкие зимние температуры – основная причина этого явления.Зимние квартиры – это обычно подземные пещеры или пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, щели в скалах и других местах, которые не доступны их врагам. В таких укрытиях собирается большое число змей, образуя огромные змеиные клубки. Установлено, что температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды.Большинство видов ящериц (луговая, полосатая, зелёная, лесная, веретеница) тоже впадают в зимнюю спячку, зарывшись в почву, в норы, которым не угрожает наводнение.

Различают три типа зимней спячки по степени оцепенения:

1) лёгкое оцепенение, которое легко прекращается (еноты, барсуки, медведи, енотовидные собаки);

2) полное оцепенение, сопровождающееся периодическими пробуждениями только в более тёплые зимние дни (хомяки, бурундуки, летучие мыши);

3) настоящая непрекращающаяся зимняя спячка, представляющая собой стабильное, продолжительное оцепенение (суслики, ежи, сурки, тушканчики).

Зимней спячке млекопитающих предшествует определённая физиологическая подготовка организма. Она состоит, прежде всего, в накоплении запасов жира, главным образом под кожей.

Тогда как одни животные впадают в зимнюю спячку, чтобы избежать холода зимой, другие прибегают к такому же способу, сталкиваясь с необыкновенным повышением температуры или во время жесткой засухи летом. Летняя спячка встречается реже, чем зимняя, и получила название – эстивация. Эстивация опасна для различных животных, и иногда, например в случае длительной засухи она может длиться годами.

Распространена у растений жарких мест способность впадать в состояние вынужденного покоя

Самые известные животные, впадающие в летнюю спячку, - это африканские протоптеры. Эти рыбы обычно обитают в болотах и реках. Во время жары водоёмы могут полностью высыхать и оставаться пересохшими на протяжении многих месяцев. С началом засухи протоптеры в мягком иле, или на дне водоёма роют норку, заканчивающуюся более широкой камерой. Там рыба остаётся до тех пор, пока уровень воды не достигнет входа в норку. После этого вход в норку запечатывается пористой, пропускающей воздух земляной пробкой. Теперь даже без воды протоптеры не погибнут, так как быстро выделяют вокруг себя большое количество густой слизи, которая затвердевая, образует внутри камеры защитный кокон. Используя проходящий в камеру воздух, протоптеры могут дышать и, если это необходимо, оставаться погребёнными в этом состоянии многие месяцы.

Как только заканчивается засуха и в новый в новый сезон дождей болота наполняются водой, бурый протоптер просыпается, выбирается из кокона и начинает нормально питаться.

К психрофитам относят такие виды, которые приспособлены к влажным и холодным местообитаниям северных широт и высокогорий, а к криофитам — виды тоже холодных, но сухих местообитаний, особенно сухих высокогорий. Несмотря на достаточное увлажнение почвы, они часто испытывают недостаток влаги (или из-за физиологической сухости, вызванной низкими температурами, или в связи с преобладанием в почве недоступной влаги, как, например, на торфянистых почвах). В отдельные периоды возможна и физическая сухость. Среди психрофитов есть травянистые растения (например, злаки северных лугов: белоус — Nardus stricta, душистый колосок — Anthoxanthum odoratum, луговик извилистый — Deschampsia flexuosa; высокогорные кавказские злаки: овсяница пестрая — Festuca varia и др., осоки, виды рода Ко-resia), высокогорные, болотные и тундровые кустарники и кустарнички, как вечнозеленые (дриада — Dryas octopetala, брусника— Vaccinium vitis idaea, водяника— Empetrum nigrum, вереск— Calluna vulgaris, кедровый и можжевеловый стланики), так и с опадающей листвой (карликовые ивы — Salix polaris, S. herbacea, голубика— Vaccinium uliginosum и др.). К психрофитам относятся и хвойные древесные породы умеренных и северных широт. Из низших растений психрофитами являются водоросли, обитающие на снегу и льду, наскальные и напочвенные тундровые лишайники.

Все психрофиты имеют ярко выраженную ксероморфную структуру листа. Так, психрофильные злаки узколистны, имеют хорошо развитую проводящую и механическую ткани; некоторые из них способны к свертыванию листовых пластинок в трубку, напоминая степные ксерофиты. Вечнозеленые кустарнички имеют плотные кожистые листья, иногда с весьма мощной кутикулой, плотной палисадной паренхимой. Нижняя сторона, несущая устьица, часто опушена (багульник — Ledum palustre). Водный режим психрофитов в целом сформировался под влиянием затрудненного поступления воды, а также других неблагоприятных условий северных и высокогорных местообитаний (сильных ветров, низких температур и т. д.). Расход воды на транспирацию у психрофитов относительно невелик 

Криофиты в экологическом отношении очень близки к психрофитам и связаны с ними переходными формами. Это растения сухих и холодных местообитаний — сухих участков тундр, скал, осыпей и т. д. Обычно они рассматриваются и характеризуются вместе с психрофитами, поскольку у них много сходных морфологических и физиологических черт. Но среди криофитов есть и весьма своеобразные формы — это растения-подушки высокогорных холодных пустынь. Как показали исследования на Памире, для водного режима подушек характерны замедленные темпы водообмена, низкая оводненность тканей и весьма экономное расходование воды.

Вcе тундровые раcтения обнаруживают многочисленные признаки кcероморфизма, т. е. приспоcобленности к заcушливым уcловиям жизни. Причина ксероморфизма лежит в физиологической сухости почв: холодная вода часто остается не доступной для растений.