2.4. Наземно-воздушная среда

В ходе эволюции эта среда была освоена позже, чем водная. После достижения содержания кислорода в атмосфере равного 0,1 от современного, озоновый экран был уже в состоянии полностью защитить организмы от действия жесткой ультрафиолетовой радиации. С этого момента организмы смогли начать освоение суши как среды обитания. По расчетам учёных это должно было произойти около 400 -600 млн. лет назад. В формировании условий наземно-воздушной среды жизни сами организмы играют первостепенную роль, и, прежде всего, - газового состава атмосферы. Практически весь кислород земной атмосферы имеет биогенное происхождение.

Наземно-воздушная среда характеризуется огромным разнообразием условий существования, экологических ниш и заселяющих их организмов; условия жизни здесь меняются во времени и в пространстве. Экологические факторы в наземно-воздушной среде отличаются от других сред обитания значительными колебаниями температуры и влажности воздуха, корреляцией всех факторов с географическим положением, сменой сезонов года и времени суток. В ходе эволюции у живых организмов выработались необходимые анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации. Данной среде свойствен более высокий уровень организации живого.

Основная особенность заключается в том, что данная среда газообразная, поэтому характеризуется низкими плотностью и давлением, высокими интенсивностью света и содержанием кислорода (около 21%), что в свою очередь определяет возможность формирования высокого энергетического уровня обмена веществ.

Плотность воздуха гораздо ниже плотности воды, поэтому освоение организмами суши сопровождалось усилением развития механических тканей. У наземных организмов сильно развиты внутренний и наружный скелет (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, механические ткани у растений). Это позволило им противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра, а также обеспечило автономность передвижения по суше. Формы движения крайне разнообразны: бегание, прыгание, ползание, полет и т. д. По воздуху передвигаются птицы и многие насекомые, но ни один организм постоянно жить в условиях только воздушной среды не может, т.к. должен периодически опускаться на землю.

Температура воздуха может меняться очень быстро и на больших пространствах. Колебания температуры воздуха велики в разных природных зонах и в разные сезоны года. Воздух может охлаждаться до -80° С и нагреваться до +50-60° С. Поэтому живущие на суше организмы имеют многочисленные приспособления, позволяющие выдерживать резкие изменения температуры или избегать их. Наиболее замечательным приспособлением является развитие теплокровности, возникшее именно в наземно-воздушной среде.

Вместе с тем, здесь слабее выражены перепады давления, но часто возникает недостаток влаги. Атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажностью. Поэтому у наземных обитателей развиты приспособления, связанные с обеспечением организма водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных, помимо особенностей строения внешних покровов, это и особенности поведения, способствующие поддержанию водного баланса, например миграции к водопоям.

Для жизни на суше потребовались более сложные механизмы размножения, исключавшие риск высыхания половых клеток. У растений появились семязачатки и завязи, появились переносимые ветром споры, семена и пыльца, у животных – внутреннее оплодотворение, яйца с плотной оболочкой и т.д.

Большое значение для жизни наземных организмов имеет состав воздуха (79 % азота, 21 % кислорода и 0,03 % углекислого газа), который обеспечивает химическую основу жизни. Появились органы, которыми сухопутные обитатели планеты усваивают кислород прямо из воздуха: у животных - легкие и трахеи, а у растений – устьичный аппарат. Снижение удельного количества кислорода в воздухе в зависимости от повышения высоты местности определяет верхнюю границу жизни животных. Люди, например, никогда не образовывали постоянных поселений на высоте свыше 6000 м над уровнем моря.

Углекислый газ (диоксид углерода) является важнейшим сырьевым источником для фотосинтеза. Азот воздуха необходим для синтеза белков и нуклеиновых кислот.

Атмосфера не только поддерживает жизнь, она служит также защитным экраном. На высоте 20-25 километров от поверхности Земли находится защитный озоновый экран (слой), задерживающий губительную для всего живого ультрафиолетовую радиацию.