Приспособленность к различным условиям жизни, проявляющаяся в морфологических особенностях, отчетливо видна на растениях разных климатических зон.
Рис. 7. Разные формы приспособленности растений к среде обитания
Внешний облик растительного покрова, состав растений любой территории во многом определяются особенностями местного климата – прежде всего температурой и количеством осадков в разные периоды года. По типу отношения к таким факторам внешней среды, как вода, свет, температурные условия, сложились группы растений, которые легко мирятся с недостатком какого-либо фактора или, наоборот, требуют его изобилия. Та или иная особенность таких растений имеет ярко выраженные характерные признаки строения. Например, имеются растения фотофилы (светолюбивые), фотофобы (теневыносливые). Растения, которые приспособились к суровым условиям пустынь (обезвоженности, сильной жаре, резким температурным колебаниям), относятся к группе ксерофитов. Крайняя форма ксерофитов – кактусы, обитатели американских пустынь. Все их строение направлено на длительное сохранение и очень экономное расходование влаги: вместо листьев колючки, чрезмерно толстый стебель (основное хранилище влаги) покрыт толстой водонепроницаемой кутикулой, мощная корневая система располагается в поверхностных слоях почвы, что помогает максимально использовать каждый случай выпадения осадков. Не хуже приспособились к засушливым условиям суккулентные растения, имеющие толстые, сочные стебли и листья.
Противоположное явление представляют собой растения, привыкшие к изобилию влаги, – их тонкие стебли и листья легко испаряют ее и быстро реагируют на недостаток воды. Все эти морфологические приспособительные особенности хорошо представлены на разнообразных комнатных растениях. Их можно наблюдать с детьми и учитывать при уходе за растениями (рис. 7).
В рассматриваемой проблеме взаимосвязи живого организма и среды обитания важным является понятие геобиоценоза (экосистемы), стоящего в центре основных теоретических положений экологии (Д. Н. Кашкаров, Н. П. Наумов, Ю. Одум, Р. Дажо и др.). Все исследователи рассматривают геобиоценоз как сложную замкнутую экологическую систему, основные компоненты которой (абиотические факторы, растения, животные, микроорганизмы) тесно связаны между собой. Их жизнедеятельность создает кругооборот энергии и вещества, необходимый для поддержания гомеостаза внутри экосистемы. Выпадение или разрушение одного из звеньев этой цепи может привести к гибели всей экосистемы.
Чрезвычайно сложные и многообразные связи, характеризующие сообщества в целом и существующие внутри экосистемы, делают это явление малодоступным для дошкольников, тем более что они скрыты от непосредственного наблюдения. Обнаруживаются эти связи в большинстве случаев опосредованным путем – на основе научного эксперимента и логического анализа. Р. Дажо указывает, что «в практическом отношении изучение всех компонентов биоценоза почти невозможно и никогда не предпринималось, поскольку оно связано с почти неразрешимыми задачами определения всех входящих в него видов»{Дажо Р. Основы экологии. – М., 1975. – С. 257.}. Отдельные взаимосвязанные выпуклые звенья, просматриваемые с первого взгляда, доступны для старших дошкольников – это доказано исследованиями И. А. Хайдуровой, 3. П. Плохий, В. П. Арсентьевой. Ознакомление с ними полезно для формирования уже с дошкольного возраста экологической направленности мышления.
Одним из таких выпуклых звеньев является взаимоотношение хищника и жертвы, знакомое детям по сказкам с раннего возраста. Почти в любом биотическом сообществе имеется сосуществование первичных и вторичных консументов (животных, питающихся растениями, и животных, питающихся другими животными). При оптимальном состоянии экосистемы численность тех и других находится в определенном равновесии, а взаимоотношения хищника и жертвы являются необходимым фактором для сохранения этого равновесия в сообществе. Древность и постоянство этих взаимоотношений опирается на большое разнообразие способов адаптации, как морфологических, так и поведенческих, свойственных животным, стоящим на различных уровнях эволюционного развития и имеющих своей единственной целью защиту от врагов. Такие наглядные способы защиты от хищников, как бегство, маскировка, запугивание, использование твердых или колющих покровов, являются интересным материалом для ознакомления и формирования у дошкольников представлений о некоторых важнейших экологических связях в природе, о формах приспособленности живых существ к среде обитания (рис. 8).
Рис. 8. Формы защиты животных от врагов, доступные пониманию дошкольников
Другими фактами, пригодными для обучения дошкольников, являются некоторые пищевые цепи, существующие в биоценозах, доступных наблюдению детей (например, лес, пруд или озеро). Идеальным примером экосистемы, – пишет Р. Дажо, – служит озеро. Это четко ограниченное сообщество, различные компоненты которого нераздельно связаны друг с другом и являются объектами многочисленных взаимодействий (рис. 9).
Хорошо заметные пищевые цепи образуются также в результате сезонных изменений состояния неживой природы. Сезонная периодичность может сказываться на физиологическом состоянии видов (цветение, сбрасывание листвы у растений, диапауза, миграция у животных) или на видовом составе биоценозов, поскольку некоторые виды активны более или менее ограниченный период. Примером такой пищевой цепочки может быть следующая: температурные условия окружающей среды (воздуха, почвы), состояние растений, степень активности насекомых; наличие или отсутствие перелетных птиц (рис. 10).
Рис. 9. Озеро: водно-прибрежная экосистемаРис. 10. Сезонная пищевая цепь – зависимость состояния растений, поведения животных от комплекса абиотических факторов
Итак, обстоятельное рассмотрение понятия о взаимосвязи живого организма со средой обитания, применительно к двум принципиально различным категориям живых существ (растения и животные), а также их сообществам, показывает, что это понятие многогранно, имеет яркие формы конкретного воплощения. Во многих случаях процедура взаимосвязи живого организма с условиями жизни обретает хорошо просматриваемые внешние признаки, что делает ее доступной наблюдению и познанию дошкольников.
Рост и развитие живого организма, многообразие в живой природе
Второе понятие, выделенное как основополагающее для создания системы знаний, – это рост и развитие живых организмов. Мир живой природы существует на Земле благодаря тому, что организмы размножаются, воспроизводят себе подобных. Размножение – одно из важнейших свойств живой материи. Новый организм, полученный в результате деления материнской клетки, проходит в дальнейшем путь онтогенетического развития. Онтогенез растений и животных слагается из процессов роста и развития. Эти категории необходимо различать, хотя они теснейшим образом взаимосвязаны. Рост – это процесс развертывания определенного количественного изменения, но без качественных изменений организма. Процесс роста обусловливает преобразования организма, создающие возможность выхода на новый функциональный уровень. Таким образом обеспечивается развитие организма – приобретение им качественно новых возможностей. Рост и развитие – это диалектически взаимосвязанные категории, чередующиеся и переплетающиеся на всем протяжении жизни особи.
Рис. 11. Соответствие среды потребностям растущего организмаВажной особенностью онтогенетического развития живых организмов является их одновременное и постоянное взаимодействие со средой. «Одна из замечательных особенностей процессов роста, – пишет К. Вилли, – состоит в том, что всякий растущий орган продолжает в то же время функционировать»{Вилли К. Биология. – М., 1968. – С. 31.}. Связь организма со средой на протяжении его онтогенетического развития не остается неизменной, а претерпевает изменения, вытекающие из специфики потребностей организма на том или ином этапе роста или развития. Биологи указывают, что в своем развитии каждое живое существо проходит ряд жизненных фаз: эмбриональную (зародышевую), фазу юности, половой зрелости, размножения, старения, смерти. На каждой из этих стадий обнаруживается большая или меньшая специфика взаимодействия особи со средой обитания. Так, на разных стадиях развития растениям необходимо усиленное воздействие низкой температуры, световой энергии, питательной почвенной среды (рис. 11).
Интересные преобразования в процессе онтогенетического развития претерпевают животные, особенно высшие. Следует иметь в виду, что как у позвоночных, так и у беспозвоночных индивидуальное развитие совершается или с метаморфозом (превращением), или без него. В первом случае онтогенез характеризуется наличием личиночной стадии. При этом личинка и взрослая особь совершенно не похожи друг на друга и ведут в корне различный образ жизни. Скачкообразные неожиданные качественные преобразования онтогенеза с метаморфозом (что характерно, например, для насекомых) трудны для понимания дошкольников.