Другой пример дают обитатели вод — дельфины, локационные способности которых поражают своим совершенством и в настоящее время усиленно изучаются. Зрение в наибольшей степени развито у сухопутных животных, что связано с малой плотностью воздуха по сравнению с водой. Органы зрения по-разному устроены у беспозвоночных и позвоночных животных, но и у тех и у других они могут обеспечивать исключительную остроту и высокую разрешающую способность.
Органы чувств — это важнейшие каналы связи организмов со средой.
Влажность. Влажность, так же как и плотность среды, оказывается важнейшим фактором, дифференцирующим условия жизни. В водной среде вопрос о влажности просто снимается. Здесь возникают проблемы регулирования осмотического давления в организмах водных животных, обитающих в гипертонической, насыщенной солями водной среде, и т. п.
Для сухопутных животных влажность — важнейший фактор, влияющий на их распределение по местам обитания, на ход их сезонной жизни, на суточную активность и в итоге на их географическое распространение. Тут имеют значение и общие показатели влажности климата, и сезонный ритм увлажнения, и влажность воздуха, почв, и даже влажность микроклимата нор животных — соседей по биогеоценозу.
Покровы тела. Предохранение организма от избыточной потери влаги — одно из важнейших условий жизни животных на суше. Поэтому кожный покров позвоночных и иные оболочки у животных различных групп наряду с разнообразными функциями (теплоизоляцией, механической защиты, дыхательной, локомоторной и др.) исполняют роль относительно водонепроницаемой пленки.
Различные членистоногие в большинстве случаев покрыты жестким, непроницаемым панцирем из хитина. Брюхоногие защищают свое тело чаще всего известковыми раковинами, роговой кутикулой и выделениями слизи на открытых участках оболочки тела.
Кожа позвоночных мягкая и эластичная, покрыта с поверхности ороговевшим отмершим слоем, ограничивающим испарение. На коже пресмыкающихся развиваются толстые роговые чешуйки и пластинки, у птиц — перья и пух, у большинства млекопитающих — шерсть. Меньше испаряется влага с поверхности тела у животных, обитающих во влажной среде, в почве, в лесном опаде или скрывающихся в глубине нор.
Органы дыхания. Развитие органа дыхания у животных связано с возникновением большой увлажненной поверхности для увеличения его контакта с воздухом, из которого кислород должен поступать в кровь. В водной среде дыхание осуществляется с помощью жабер (разветвленной системы тонкостенных выростов тела, пропитанных кровеносными сосудами) или всей поверхностью тела. Сухопутные животные вынуждены предохранять свой дыхательный аппарат от высыхания. С этим связаны разнообразные приспособления, выработавшиеся в результате длительной эволюции: у некоторых групп животных, например насекомых, это система трахей, пронизывающих тело животного и доставляющих кислород в различные части организма, у других животных — большинства наземных позвоночных — имеются легкие — специальный дыхательный орган, находящийся внутри тела и обладающий губчатым, альвеолярным строением[2]. Последнее обеспечивает огромную поверхность контакта увлажненных тканей тела, несущих тонкие капиллярные кровеносные сосуды, с воздухом при ограниченном объеме всего органа.
Среди главнейших характеристик различных классов животных важное место принадлежит типичным для каждого класса особенностям покровов тела и системе органов дыхания. В пределах же класса процесс приспособления отдельных групп животных к среде не вносит принципиальных изменений в схему строения дыхательного органа и покровов тела.
Географические законы и некоторые факторы среды
Закон Глогера. Уже в прошлом столетии зоологи отмечали, что наземные животные, обитающие в местностях с влажным климатом, оказываются более темноокрашенными, чем животные тех же или близких им видов, населяющие засушливые районы. Это явление научно анализировал и предложил формулировку его в качестве зоогеографического правила Константин Альберт Глогер, опубликовавший в 1833 году во Вроцлаве книгу «Изменения у птиц под влиянием климата».
Отмеченная закономерность оказалась общей как для позвоночных животных, так и для беспозвоночных. Лабораторные опыты с полевыми сверчками (Gryllus campestris) показали, что при содержании сверчков в помещении, где поддерживалась относительная влажность воздуха 60–80 %, они приобретали насыщенную темную окраску.
Невольными участниками подобного опыта оказались птицы — некрупные дубоносы (Munia flaviprymna), обитающие в пустынных внутренних районах Австралии. Несколько птиц этого светлоокрашенного пустынного вида были завезены в Англию и содержались в неволе. После трех лет жизни во влажном английском климате на оперении птиц появились темные пятна, усилившие сходство этого пустынного вида с темноокрашенным близким видом, дубоносом Munia castaneithorax, живущим во влажных приморских лесах Австралии.
Позже эта закономерность была подтверждена многими примерами. Наиболее простые из них: изменчивость брюхоногих моллюсков Arianta arbustorum и Succinea pfeifferi, обитающих в Средней и Восточной Европе, травяной лягушки (Rana temporaria) и живородящей ящерицы (Lacerta vivipara). Интересно, что американские кроты Scapanus в штатах Вашингтон и Орегон имеют черный мех, в Северной Калифорнии, где климат суше, они коричневатые, а в Южной Калифорнии, где еще суше, их мех светлый, серебристый. Эта биогеографическая закономерность получила название закона Глогера.
Цвет и интенсивность окраски наружных покровов животных зависят от количества пигмента — меланина, а на образование его оказывают влияние не только влажность воздуха, но и температура среды. Низкая температура вызывает посветление окраски, высокая температура, напротив, потемнение. Совокупное воздействие на организм животного обоих этих факторов (влажности среды и ее температуры) как раз дает тот результирующий эффект, который мы обычно наблюдаем. В некоторых случаях из закона Глогера имеются исключения, вызванные разными сочетаниями влажности и температуры воздуха. Так, шерсть у волков из Белоруссии имеет более светлую, пепельную окраску, чем у волков из Пиренеев — довольно темных, с коричневатым оттенком.
Температура. Температура окружающей среды — мощный фактор, влияющий и нередко определяющий размещение на земле живых организмов. Колебания температуры на суше, включая температуру поверхности почвы, имеют очень широкий диапазон — от +80° до —70 °C. А в океанах почти в 5 раз меньше: от +30° до —2 С.
Изменения температуры на суше иногда могут быть очень быстрыми. Для некоторых природных зон характерно изменение температуры окружающей среды на несколько десятков градусов в течение суток. Таких температурных контрастов не знает водная среда.
У наземных животных сложилась во многих случаях глубокая дифференциация организмов по их требованиям к термическим условиям среды жизни.
Животные стенотермные и эвритермные. Каждый вид животного имеет свойственный ему диапазон наиболее благоприятных для жизни температур, который называется температурным оптимумом данного вида. Этот диапазон температур, то есть пределы температурного оптимума, у некоторых видов может быть относительно широк, у других же охватывает всего несколько градусов. Если температурный оптимум у какого-либо вида узок и нормальная жизнедеятельность организма нарушается при выходе за пределы этого температурного лимита, а также если животное плохо переносит колебания температуры среды, то такой вид называют стенотермным.
Напротив, животные, благополучно существующие в широком диапазоне температур среды, то есть имеющие большой по разнообразию показателей температурный оптимум, называются эвритермными видами. Они обычно не погибают, даже если им приходится некоторое время существовать в условиях, выходящих за пределы температурного оптимума.
В океане обитает относительно больше стенотермных организмов, чем на суше. Среди стенотермных видов выделяются холодолюбивые, или олиготермные, как, например, белый медведь и мускусный бык; теплолюбивые, или политермные (жирафы, человекообразные обезьяны, термиты и др.), и животные, требующие для своего существования умеренной, но постоянной температуры среды. Таких в общем немного.
Эвритермные виды в наибольшей степени характерны для умеренных широт, где хорошо выражена сезонная контрастность условий жизни. Эвритермным организмам свойственно широкое распространение. Например, видовой ареал (область географического распространения) серой жабы (Bufo bufo) простирается от северной Африки на юге до Швеции на севере, где это земноводное встречается даже севернее Стокгольма. А на Североамериканском континенте другой вид жабы (Bufo terrestris) встречается на пространстве от Флориды до Гудзонова залива. Не менее обширный ареал имеют волк, ласка, горностай и многие другие млекопитающие и птицы, живущие как в тундрах, так и в степях и жарких пустынях.
Если в какой-либо природной зоне возникает изолированный участок с особым климатическим режимом, напоминающим условия другой зоны (например, с более теплым микроклиматом), то такое место могут заселить животные, не свойственные этой зоне. Так возникают «форпосты» южной фауны, выдвинутые на север и напоминающие «острова» из южных видов, температурный оптимум которых не соответствует природной зоне. Такой «остров» теплолюбивой фауны обнаружен в ФРГ, в окрестностях Фрейбурга, в юго-западном углу Шварцвальда. В Польше подобный же «остров» есть в окрестностях Кжижановиц, в долине Ниды.
Биологическое действие высоких и низких температур различно. При температуре около 55 °C свертываются белки в протоплазме клеток и большинство животных погибает. Низкие температуры не вызывают свертывания белков, поэтому многие животные приспособились к перенесению низких температур, впадая в спячку или в глубокое анабиотическое состояние