În mediul sol-aer, temperatura are o influență deosebit de mare asupra organismelor. Prin urmare, locuitorii regiunilor reci și calde ale Pământului au dezvoltat diverse adaptări pentru a conserva căldura sau, dimpotrivă, pentru a elibera excesul acesteia.
Dați câteva exemple.
Temperatura plantei datorată încălzirii de către razele soarelui poate fi mai mare decât temperatura aerului din jur și a solului. Cu o evaporare puternică, temperatura plantei devine mai mică decât temperatura aerului. Evaporarea prin stomată este un proces reglat de plante. Pe măsură ce temperatura aerului crește, se intensifică dacă cantitatea necesară de apă poate fi furnizată rapid frunzelor. Acest lucru salvează planta de supraîncălzire, scăzând temperatura cu 4-6 și uneori cu 10-15 °C.
Când mușchii se contractă, este eliberată mult mai multă energie termică decât în timpul funcționării oricăror alte organe și țesuturi. Cu cât mușchii sunt mai puternici și activi, cu atât mai multă căldură poate genera animalul. În comparație cu plantele, animalele au capacități mai variate de a-și regla, permanent sau temporar, temperatura propriei corpului.
Prin schimbarea pozitiei, animalul poate creste sau scade incalzirea corpului datorita radiatiei solare. De exemplu, lăcusta de deșert își expune suprafața laterală largă a corpului la razele soarelui în orele răcoroase ale dimineții, iar suprafața dorsală îngustă la amiază. La căldură extremă, animalele se ascund la umbră și se ascund în vizuini. În deșerturi în timpul zilei, de exemplu, unele specii de șopârle și șerpi se cațără în tufișuri, evitând contactul cu suprafața fierbinte a solului. Până la iarnă, multe animale caută adăpost, unde temperatura este mai bună în comparație cu habitatele deschise. Și mai complexe sunt formele de comportament ale insectelor sociale: albine, furnici, termite, care își construiesc în interior cuiburi cu o temperatură bine reglată, aproape constantă în perioada de activitate a insectelor.
Blana groasă a mamiferelor, penele și în special învelișul pufos al păsărilor fac posibilă menținerea unui strat de aer în jurul corpului cu o temperatură apropiată de temperatura corpului animalului și, prin urmare, reducerea radiațiilor de căldură în timpul Mediul extern. Transferul de căldură este reglat de înclinația părului și a penelor, de schimbările sezoniere ale blanii și penajului. Blana de iarnă excepțional de caldă a animalelor arctice le permite să supraviețuiască la frig fără a-și crește metabolismul și reduce nevoia de hrană.
Numiți locuitorii din deșert pe care îi cunoașteți.
În deșerturile Asiei Centrale, un mic arbust este saxaul. În America - cactusi, în Africa - lapte. Lumea animalelor nu-i bogat. Predomină reptilele - șerpi, șopârle monitor. Sunt scorpioni, puține mamifere (cămile).
1. Continuați să completați tabelul „Habitate ale organismelor vii” (vezi temele pentru § 42).
O caracteristică distinctivă a mediului sol-aer este prezența aerului (un amestec de diferite gaze) în acesta.
Aerul are o densitate redusă, deci nu poate servi drept suport pentru organisme (cu excepția celor zburătoare). Densitatea scăzută a aerului este cea care determină rezistența sa nesemnificativă la deplasarea organismelor de-a lungul suprafeței solului. În același timp, le este dificil să se deplaseze în direcția verticală. Densitatea scăzută a aerului provoacă și o presiune scăzută pe uscat (760 mm Hg = 1 atm). Este mai puțin probabil ca aerul să blocheze intrarea razelor solare decât apa. Are o transparență mai mare decât apa.
Compoziția gazoasă a aerului este constantă (știi asta din cursul tău de geografie). Oxigenul și dioxidul de carbon, de regulă, nu sunt factori limitativi. Vaporii de apă și diverși poluanți sunt prezenți ca impurități în aer.
Pe parcursul secolului trecut, ca urmare activitate economică oameni, conținutul de diverși poluanți din atmosferă a crescut brusc. Dintre acestea, cele mai periculoase sunt: oxizii de azot și sulf, amoniacul, formaldehida, metalele grele, hidrocarburile etc. În prezent, organismele vii nu sunt practic adaptate acestora. Din acest motiv, poluarea aerului este o problemă gravă de mediu la nivel mondial. Pentru a o rezolva, este necesară implementarea măsurilor de protecție a mediului la nivelul tuturor statelor Pământului.
Masele de aer se deplasează în direcții orizontale și verticale. Acest lucru duce la apariția unui astfel de factor de mediu precum vântul. Vânt poate provoca miscarea nisipului in deserturi (furtuni de nisip). Este capabil să elimine particulele de sol pe orice teren, reducând fertilitatea terenului (eroziunea eoliană). Vântul are un efect mecanic asupra plantelor. Este capabil să provoace vânturi (răsturnarea copacilor cu rădăcini), spargeri de vânt (fracturi ale trunchiurilor copacilor) și deformarea coroanelor copacilor. Mișcarea maselor de aer afectează în mod semnificativ distribuția precipitațiilor și a condițiilor de temperatură în mediul sol-aer.
Regimul apei din mediul sol-aer
Din cursul tău de geografie, știi că mediul terestre-aer poate fi fie extrem de saturat cu umiditate (tropice), fie foarte sărac în el (deșerturi). Precipitațiile sunt distribuite neuniform atât pe sezon, cât și după zone geografice. Umiditatea din mediu fluctuează într-o gamă largă. Este principalul factor limitator pentru organismele vii.
Regimul de temperatură al mediului sol-aer
Temperatura din mediul sol-aer are periodicitate zilnică și sezonieră. Organismele s-au adaptat la ea încă de la apariția vieții pe uscat. Prin urmare, este mai puțin probabil ca temperatura să acționeze ca un factor limitator decât umiditatea.
Adaptarea plantelor și animalelor la viața din mediul sol-aer
Când plantele au ajuns pe pământ, au dezvoltat țesuturi. Ați studiat structura țesuturilor plantelor la cursul de biologie de clasa a VII-a. Datorită faptului că aerul nu poate servi drept suport de încredere, plantele au dezvoltat țesuturi mecanice (lemn și fibre de liben). O gamă largă de modificări ale factorilor climatici au determinat formarea de țesuturi tegumentare dense - periderm, crustă. Datorită mobilității aerului (vânt), plantele au dezvoltat adaptări pentru polenizare, distribuirea sporilor, fructelor și semințelor.
Viața animalelor suspendate în aer este imposibilă datorită densității sale scăzute. Multe dintre specii (insecte, păsări) s-au adaptat la zborul activ și pot rămâne în aer mult timp. Dar reproducerea lor are loc la suprafața solului.
Mișcarea maselor de aer în direcții orizontale și verticale este folosită de unele organisme mici pentru dispersie pasivă. Protiștii, păianjenii și insectele se stabilesc în acest fel. Densitatea scăzută a aerului a determinat îmbunătățirea scheletului extern (artropode) și intern (vertebrate) la animale în timpul evoluției. Din același motiv, există o limitare a masei maxime și a dimensiunii corporale a animalelor terestre. Cel mai mare animal terestru este elefantul (greutate de până la 5 tone) mult mai mic decât uriașul marin - balenă albastră(până la 150 t). Datorită apariției diferitelor tipuri de membre, mamiferele au reușit să populeze zone de uscat cu diferite tipuri de relief.
Caracteristicile generale ale solului ca mediu de viață
Solul este stratul superior al scoarței terestre care este fertil. S-a format ca urmare a interacțiunii factorilor climatici și biologici cu roca subiacentă (nisip, argilă etc.). Solul este în contact cu aerul și servește drept suport pentru organismele terestre. De asemenea, este o sursă de nutriție minerală pentru plante. În același timp, solul este un mediu de viață pentru multe specii de organisme. Solul se caracterizează prin următoarele proprietăți: densitate, umiditate, temperatură, aerare (alimentare cu aer), reacție a mediului (pH), salinitate.
Densitatea solului crește odată cu adâncimea. Umiditatea, temperatura și aerarea solului sunt strâns legate și interdependente. Fluctuațiile de temperatură din sol sunt atenuate în comparație cu aerul de suprafață și nu mai sunt urmăribile la o adâncime de 1-1,5 m. Solurile bine umezite se încălzesc încet și se răcesc încet. O creștere a umidității și a temperaturii solului înrăutățește aerarea acestuia și invers. Regimul hidrotermal al solului si aerarea acestuia depind de structura solului. Solurile argiloase rețin umiditatea mai bine decât solurile nisipoase. Dar se aerează mai rău și se încălzesc mai rău. În funcție de reacția mediului, solurile se împart în trei tipuri: acide (pH< 7,0), нейтральные (рН ≈ 7,0) и щелочные (рН > 7,0).
Adaptări ale plantelor și animalelor la viața din sol
În viața plantelor, solul îndeplinește funcțiile de ancorare, alimentare cu apă și sursă de nutriție minerală. Concentraţie nutriențiîn sol a dus la dezvoltarea sistemului radicular și a țesuturilor conductoare la plante.
Animalele care trăiesc în sol au o serie de adaptări. Ele sunt caracterizate prin căi diferite mișcarea în sol. Aceasta poate fi săparea de pasaje și găuri, cum ar fi greierii aluniței și greierii aluniței. râme de pământ poate împinge particulele de sol și poate face treceri. Larvele de insecte sunt capabile să se târască printre particulele de sol. În acest sens, în procesul de evoluție s-au dezvoltat adaptări adecvate. Organismele de săpat au dezvoltat membre de săpat. Anelidele au un schelet hidrostatic, în timp ce insectele și centipedele au gheare.
Animalele din sol au un corp scurt, compact, cu tegumente care nu udă (mamifere) sau acoperite cu mucus. Viața în sol ca habitat a dus la atrofierea sau subdezvoltarea organelor vizuale. Ochii mici și subdezvoltați ai aluniței sunt adesea ascunși sub un pliu de piele. Pentru a facilita mișcarea în pasaje înguste ale solului, blana alunițelor a dobândit capacitatea de a se plia în două direcții.
În mediul terestru-aer, organismele sunt înconjurate de aer. Are umiditate scăzută, densitate și presiune, transparență ridicată și conținut de oxigen. Umiditatea este principalul factor limitator. Solul ca mediu de viață se caracterizează prin densitate mare, un anumit regim hidrotermal și aerare. Plantele și animalele au dezvoltat diverse adaptări la viața în medii sol-aer și sol.
Citeste si:
|
Caracteristici generale. În cursul evoluției, mediul terestre-aer a fost stăpânit mult mai târziu decât mediul acvatic. Viața pe uscat a necesitat adaptări care au devenit posibile doar cu un nivel relativ ridicat de organizare atât la plante, cât și la animale. O caracteristică a mediului terestre-aer al vieții este că organismele care trăiesc aici sunt înconjurate de un mediu gazos caracterizat prin umiditate, densitate și presiune scăzute și conținut ridicat de oxigen. De obicei, animalele din acest mediu se deplasează pe sol (substrat dur) și plantele prind rădăcini în el.
În mediul sol-aer, factorii de mediu de operare au un număr de trasaturi caracteristice: intensitate luminoasă mai mare în comparație cu alte medii, fluctuații semnificative de temperatură, modificări ale umidității în funcție de locația geografică, anotimp și ora zilei.
În procesul de evoluție, organismele vii ale mediului terestre-aer au dezvoltat adaptări caracteristice anatomice, morfologice, fiziologice, comportamentale și de altă natură. De exemplu, au apărut organe care asigură absorbția directă a oxigenului atmosferic în timpul respirației (plămânii și traheea animalelor, stomatele plantelor). Formațiunile scheletice (scheletul animalului, țesuturile mecanice și de susținere ale plantelor) care susțin corpul au primit o dezvoltare puternică.
în condiţii de densitate scăzută a mediului. Au fost dezvoltate adaptări pentru a proteja împotriva factorilor nefavorabili, cum ar fi periodicitatea și ritmul ciclurilor de viață, structura complexă a tegumentului, mecanismele de termoreglare etc. S-a format o strânsă legătură cu solul (membre de animale, rădăcini de plante), s-a dezvoltat mobilitatea animalelor în căutarea hranei şi au apărut curenţii de aer.seminţe, fructe şi polen de plante, animale zburătoare.
Densitate scăzută a aerului determină forța sa scăzută de ridicare și sprijinul nesemnificativ. Toți locuitorii aerului sunt strâns legați de suprafața pământului, care le servește pentru atașare și sprijin. Densitatea mediului aerian nu oferă rezistență mare organismelor atunci când se deplasează de-a lungul suprafeței pământului, dar face dificilă mișcarea pe verticală. Pentru majoritatea organismelor, rămânerea în aer este asociată doar cu așezarea sau căutarea prăzii.
Forța scăzută de ridicare a aerului determină masa și dimensiunea maximă a organismelor terestre. Cele mai mari animale care trăiesc pe suprafața pământului sunt mai mici decât giganții mediului acvatic. Mamifere mari(dimensiunea și masa unei balene moderne) nu puteau trăi pe uscat, deoarece erau zdrobiți de propria greutate.
Densitatea scăzută a aerului creează o rezistență redusă la mișcare. 75% din toate speciile de animale terestre sunt capabile de zbor activ.
Vânturile cresc eliberarea de umiditate și căldură de la animale și plante. Când este vânt, căldura este mai ușor de suportat, iar înghețul este mai sever, iar uscarea și răcirea organismelor au loc mai repede. Vântul provoacă modificări ale intensității transpirației la plante și joacă un rol în polenizarea plantelor anemofile.
Compoziția gazoasă a aerului– oxigen – 20,9%, azot – 78,1%, gaze inerte – 1%, dioxid de carbon – 0,03% în volum. Oxigenul ajută la creșterea metabolismului în organismele terestre.
Modul de lumină. Cantitatea de radiație care ajunge la suprafața Pământului este determinată de latitudinea geografică a zonei, lungimea zilei, transparența atmosferei și unghiul de incidență al razelor solare. Iluminarea de pe suprafața Pământului variază foarte mult.
Copacii, arbuștii și culturile de plante umbră zona și creează un microclimat special, slăbind radiația.
Astfel, în diferite habitate, nu numai intensitatea radiației diferă, ci și compoziția sa spectrală, durata iluminării plantelor, distribuția spațială și temporală a luminii de diferite intensități etc. În consecință, adaptările organismelor la viața într-un mediul terestru sub unul sau altul regim de lumină sunt de asemenea variate. În raport cu lumina, există trei grupe principale de plante: iubitoare de lumină (heliofite), iubitoare de umbră (sciofite) și tolerante la umbră.
Plantele din mediul sol-aer au dezvoltat adaptări anatomice, morfologice, fiziologice și de altă natură la diferite condiții de lumină:
Un exemplu de adaptări anatomice și morfologice este o schimbare a aspectului în diferite condiții de lumină, de exemplu, dimensiunea inegală a lamelor frunzelor la plantele înrudite în situație sistematică, trăind în iluminare diferită (clopot de luncă Cumpanula patula și pădure - C. trachelium, violet de câmp - Viola arvensis, care crește în câmpuri, pajiști, margini, și violete de pădure - V. mirabilis).
La plantele heliofite, frunzele sunt orientate pentru a reduce afluxul de radiații în timpul celor mai „periculoase” ore de zi. Lamele frunzelor sunt situate vertical sau la un unghi mare față de planul orizontal, astfel încât în timpul zilei frunzele primesc în mare parte raze de alunecare.
La plantele tolerante la umbră, frunzele sunt aranjate astfel încât să primească cantitatea maximă de radiație incidentă.
O formă particulară de adaptare fiziologică în timpul unei lipse puternice de lumină este pierderea capacității plantei de a fotosintetiza, trecerea la nutriția heterotrofică a gata preparate. substante anorganice. Uneori, o astfel de tranziție a devenit ireversibilă din cauza pierderii clorofilei de către plante, de exemplu, orhideele din pădurile umbroase de molid (Goodyera repens, Weottia nidus avis), orhideele (Monotropa hypopitys).
Adaptări fiziologice ale animalelor. Pentru marea majoritate a animalelor terestre cu activitate de zi și de noapte, vederea este una dintre metodele de orientare și este importantă pentru căutarea prăzii. Multe specii de animale au, de asemenea, viziunea culorilor. În acest sens, animalele, în special victimele, au dezvoltat trăsături adaptative. Acestea includ colorarea protectoare, de camuflaj și de avertizare, similitudine protectoare, mimetism etc. Apariția florilor viu colorate ale plantelor superioare este asociată și cu caracteristicile aparatului vizual al polenizatorilor și, în cele din urmă, cu regimul de lumină al mediului.
Modul de apă. Deficiența de umiditate este una dintre cele mai semnificative caracteristici ale mediului terestre-aer al vieții. Evoluția organismelor terestre a avut loc prin adaptare la obținerea și conservarea umidității.
()cuștile (ploaie, grindină, zăpadă), pe lângă faptul că furnizează apă și creează rezerve de umiditate, joacă adesea un alt rol ecologic. De exemplu, în timpul ploilor abundente, solul nu are timp să absoarbă umiditatea, apa curge rapid în pâraiele puternice și transportă adesea plante slab înrădăcinate, animale mici și pământ fertil în lacuri și râuri.
Grindina are, de asemenea, un efect negativ asupra plantelor și animalelor. Culturile agricole din câmpurile individuale sunt uneori complet distruse de acest dezastru natural.
Rolul ecologic al stratului de zăpadă este divers; pentru plantele ai căror muguri de reînnoire se află în sol sau în apropierea suprafeței acestuia, iar pentru multe animale mici, zăpada joacă rolul unui înveliș termoizolant, ferindu-le de temperaturile scăzute. temperaturile de iarnă. Acoperirea de zăpadă de iarnă împiedică adesea animalele mari să obțină hrană și să se miște, mai ales când se formează o crustă de gheață la suprafață. Adesea, în timpul iernilor cu zăpadă, se observă moartea căprioarelor și a mistreților.
Cantitățile mari de zăpadă au, de asemenea, un impact negativ asupra plantelor. Pe lângă deteriorarea mecanică sub formă de așchii de zăpadă sau de suflantă de zăpadă, un strat gros de zăpadă poate duce la umezirea plantelor și, atunci când zăpada se topește, mai ales într-o primăvară lungă, la înmuierea plantelor.
Temperatura. Trăsătură distinctivă Mediul sol-aer se caracterizează printr-o gamă largă de fluctuații de temperatură. În majoritatea zonelor terestre, intervalele de temperatură zilnice și anuale sunt de zeci de grade.
Plantele terestre ocupă o zonă adiacentă suprafeței solului, adică „interfeței” pe care are loc tranziția razelor incidente de la un mediu la altul, de la transparent la opac. Pe această suprafață se creează un regim termic special: ziua are loc o încălzire puternică datorită absorbției razelor de căldură, noaptea are loc o răcire puternică din cauza radiațiilor. Prin urmare, stratul de suprafață de aer se confruntă cu cele mai mari fluctuații zilnice de temperatură, care sunt cele mai pronunțate pe solul gol.
În mediul sol-aer, condițiile de viață sunt complicate de existența schimbărilor meteorologice. Vremea este starea în continuă schimbare a atmosferei de la suprafața pământului, până la aproximativ 20 km altitudine. Variabilitatea vremii se manifesta prin variatia constanta a factorilor de mediu: temperatura, umiditatea aerului, innorarea, precipitatiile, puterea vantului, directia. Regimul meteorologic pe termen lung caracterizează clima zonei. Clima este determinată de condițiile geografice ale zonei. Fiecare habitat este caracterizat de un anumit climat ecologic, adică clima stratului de aer al solului sau ecoclimat.
Zonalitatea geografică și zonalitatea. Distribuția organismelor vii pe Pământ este strâns legată de zonele și zonele geografice. Pe suprafața globului sunt 13 zone geografice, care se schimbă de la ecuator la poli și de la oceane adânc în continente. În cadrul centurilor există latitudinale și meridiale, sau longitudinale zone naturale. Primele se întind de la vest la est, cele din urmă de la nord la sud. Fiecare zonă climatică este caracterizată de vegetația și populația de animale unică. Cel mai bogat în viață și productiv junglă, luncile inundabile, prerii și pădurile din zona subtropicale și de tranziție. Deșerturile, pajiștile și stepele sunt mai puțin productive. Unul dintre conditii importante variabilitatea organismelor și distribuția lor zonală pe pământ este variabilitatea compoziție chimică mediu inconjurator. Alături de zonalitatea orizontală, zonalitatea altitudinală sau verticală este clar evidentă în mediul terestru. Vegetația țărilor muntoase este mai bogată decât în câmpiile adiacente. Adaptări la viața de la munte: plantele sunt dominate de o formă de viață în formă de pernă, plante perene, care au dezvoltat adaptarea la radiațiile ultraviolete puternice și transpirația redusă. La animale, volumul relativ al inimii crește, iar conținutul de hemoglobină din sânge crește. Animale: curcani de munte, cinteze de munte, lacuze, vulturi, berbeci, capre, capre, iac, urși, râși.
Mediu sol-aer viața este cea mai dificilă din cauza condițiilor de mediu. În cursul evoluției, a fost stăpânit mult mai târziu decât acvatic. Viața pe uscat a necesitat adaptări care au devenit posibile doar cu un nivel suficient de ridicat de organizare a organismelor. Mediul sol-aer se caracterizează prin densitate scăzută a aerului, fluctuații mari de temperatură și umiditate, intensitate mai mare a radiației solare în comparație cu alte medii și mobilitate atmosferică.
Densitate redusă a aerului și mobilitate determină forța de ridicare redusă a acestuia și sprijinul nesemnificativ. Organismele mediului terestru trebuie să aibă un sistem de susținere care să susțină organismul: plante - țesuturi mecanice, animale - un schelet dur sau hidrostatic.
Forța scăzută de ridicare a aerului determină masa și dimensiunea maximă a organismelor terestre. Cele mai mari animale terestre sunt semnificativ mai mici decât giganții mediului acvatic - balenele. Animalele de dimensiunea și masa unei balene moderne nu ar putea trăi pe uscat, deoarece ar fi zdrobite de propria greutate.
Densitatea scăzută a aerului determină o rezistență scăzută la mișcare. Prin urmare, multe animale au dobândit capacitatea de a zbura: păsări, insecte, unele mamifere și reptile.
Datorită mobilității aerului, zborul pasiv al unor tipuri de organisme, precum și polenul, sporii, fructele și semințele plantelor este posibil. Dispersarea cu ajutorul curenților de aer se numește anemocorie. Organismele transportate pasiv de curenții de aer se numesc aeroplancton. Se caracterizează prin dimensiuni foarte mici ale corpului, prezența excrescentelor și dezmembrari puternice, utilizarea pânzelor de păianjen etc. Semințele și fructele plantelor anemocore au, de asemenea, dimensiuni foarte mici (semințe de orhidee, fireweed etc.) sau diverse anexe în formă de aripi (arțar, frasin) și parașute (păpădie, coltsfoot).
La multe plante, transferul de polen se realizează folosind vântul, de exemplu, la gimnosperme, fag, mesteacăn, ulm, cereale etc. Metoda de polenizare a plantelor cu ajutorul vântului se numește anemofilie. Plantele polenizate de vânt au multe adaptări care asigură o polenizare eficientă.
Vânturile care bat cu putere mare (furtuni, uragane) sparg copacii, smulgându-i adesea. Vânturile care sufla constant într-o direcție provoacă diverse deformații în creșterea copacilor și provoacă formarea coroanelor în formă de steag.
În zonele în care vântul puternic bat în mod constant, de obicei este slab compoziţia speciilor animale mici zburătoare, deoarece nu sunt capabile să reziste curenților puternici de aer. Astfel, pe insulele oceanice cu vânturi puternice constante predomină păsările și insectele care și-au pierdut capacitatea de a zbura. Vântul mărește pierderea de umiditate și căldură de la organisme, iar sub influența sa deshidratarea și răcirea organismelor au loc mai repede.
Densitatea scăzută a aerului determină o presiune relativ scăzută pe uscat (760 mm Hg). Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea scade, ceea ce poate limita distribuția speciilor în munți. O scădere a presiunii implică o scădere a aportului de oxigen și deshidratarea animalelor din cauza creșterii ratei respirației. Prin urmare, pentru majoritatea vertebratelor și a plantelor superioare, limita superioară a vieții este de aproximativ 6000 m.
Compoziția gazoasă a aerului V stratul de pământ Atmosfera este destul de omogenă. Conține azot - 78,1%, oxigen - 21%, argon - 0,9%, dioxid de carbon - 0,03%. Pe lângă aceste gaze, atmosfera conține cantități mici de neon, cripton, xenon, hidrogen, heliu, precum și diverse emisii aromatice de la plante și diverse impurități: dioxid de sulf, oxizi de carbon, azot și impurități fizice. Conținutul ridicat de oxigen din atmosferă a contribuit la creșterea metabolismului organismelor terestre și la apariția animalelor cu sânge cald (homeoterme). Deficiența de oxigen poate apărea în acumulările de resturi vegetale în descompunere, rezervele de cereale, iar sistemele radiculare ale plantelor de pe soluri îmbibate sau prea compactate pot suferi o lipsă de oxigen.
Conținutul de dioxid de carbon poate varia în anumite zone ale stratului de suprafață de aer în limite destul de semnificative. În absența vântului în orașele mari, concentrația acestuia poate crește de zeci de ori. Există modificări zilnice și sezoniere regulate ale conținutului de dioxid de carbon din stratul de suprafață al aerului, cauzate de modificări ale intensității fotosintezei și respirației organismelor. În concentrații mari, dioxidul de carbon este toxic, iar în concentrații scăzute reduce viteza fotosintezei.
Azotul aerian este un gaz inert pentru majoritatea organismelor din mediul terestru, dar multe organisme procariote (bacterii nodulare, Azotobacter, clostridii, cianobacterii etc.) au capacitatea de a-l lega și de a-l implica în ciclul biologic.
Mulți contaminanți eliberați în aer, în principal ca urmare a activităților umane, pot afecta în mod semnificativ organismele. De exemplu, oxidul de sulf este toxic pentru plante chiar și în concentrații foarte mici; provoacă distrugerea clorofilei, dăunează structurii cloroplastelor și inhibă procesele de fotosinteză și respirație. Daunele aduse plantelor de către gazele toxice variază și depind de caracteristicile lor anatomice, morfologice, fiziologice, biologice și altele. De exemplu, lichenii, molidul, pinul, stejarul și zada sunt deosebit de sensibili la gazele industriale. Cele mai rezistente sunt plopul canadian, plopul balsam, arțarul frasin, tuia, socul roșu și alții.
Modul de lumină. Radiația solară care ajunge la suprafața Pământului este principala sursă de energie pentru menținerea echilibrului termic al planetei, a metabolismului apei al organismelor și a formării de materie organică de către plante, ceea ce face posibilă în cele din urmă formarea unui mediu capabil să satisfacă nevoile vitale. nevoile organismelor. Radiația solară care ajunge la suprafața Pământului include raze ultraviolete cu o lungime de undă de 290–380 nm, raze vizibile cu o lungime de undă de 380–750 nm și raze infraroșii cu o lungime de undă de 750–4000 nm. Razele ultraviolete sunt foarte active din punct de vedere chimic și, în doze mari, sunt dăunătoare organismelor. În doze moderate, în intervalul 300–380 nm, stimulează diviziunea și creșterea celulară, promovează sinteza vitaminelor, antibioticelor, pigmenților (de exemplu, bronzul la oameni, caviarul închis la pești și amfibieni) și cresc rezistența plantelor la boli. . Razele infrarosii au un efect termic. Bacteriile fotosintetice (verzi, violete) sunt capabile să absoarbă razele infraroșii în intervalul 800-1100 nm și există doar pe cheltuiala lor. Aproximativ 50% din radiația solară provine din lumina vizibilă, care are semnificații ecologice diferite în viața organismelor autotrofe și heterotrofe. Plantele verzi au nevoie de lumină pentru procesul de fotosinteză, formarea clorofilei și formarea structurii cloroplastei. Afectează schimbul de gaze și transpirația, structura organelor și țesuturilor, precum și creșterea și dezvoltarea plantelor.
Pentru animale, lumina vizibilă este necesară pentru orientarea în mediu. La unele animale, percepția vizuală se extinde la părțile ultraviolete și infraroșu apropiat ale spectrului.
Regimul de lumină al oricărui habitat este determinat de intensitatea luminii directe și difuze, de cantitatea acesteia, de compoziția spectrală, precum și de reflectivitatea suprafeței pe care cade lumina. Aceste elemente ale regimului luminos sunt foarte variabile și depind de latitudinea geografică a zonei, înălțimea soarelui deasupra orizontului, lungimea zilei, starea atmosferei, natura suprafeței pământului, relief, timp. a zilei și a anotimpului anului. În acest sens, pe parcursul lungului proces de evoluție, organismele terestre au dezvoltat diverse adaptări la regimul de lumină al habitatelor lor.
Adaptări ale plantelor.În ceea ce privește condițiile de iluminare, există trei principale grupuri de mediu plante: iubitoare de lumină (heliofite); iubitoare de umbră (sciofite); tolerant la umbră.
Heliofitele– plante din habitate deschise, bine luminate. Nu tolerează umbra. Exemple dintre ele pot fi plantele de stepă și de luncă ale nivelului superior al comunității, specii de deșerturi, pajiști alpine etc.
Sciofiții– nu tolerați lumina puternică din lumina directă a soarelui. Acestea sunt plante din nivelurile inferioare ale pădurilor umbrite, peșterilor, crăpăturilor din stânci etc.
Tolerant la umbră plantele au o valență ecologică largă în raport cu lumina. Ele cresc mai bine în condiții de intensitate ridicată a luminii, dar tolerează bine și umbrirea și se adaptează la condițiile de lumină în schimbare mai ușor decât alte plante.
Fiecare grup de plante luate în considerare se caracterizează prin anumite adaptări anatomice, morfologice, fiziologice și sezoniere la condițiile de lumină.
Una dintre cele mai evidente diferențe în aspectul plantelor iubitoare de lumină și iubitoare de umbră este dimensiunea inegală a frunzelor. La heliofite sunt de obicei mici sau cu limbul frunzei disecat. Acest lucru se observă mai ales clar când se compară speciile înrudite care cresc în diferite condiții de iluminare (violete de câmp și violete de pădure, clopot răspândit care crește în pajiști și clopot de pădure etc.). Tendința de creștere a dimensiunii frunzelor în raport cu întregul volum al plantelor este clar exprimată la plantele erbacee pădure de molid: măcriș comun, bifolia mynika, ochi de corb etc.
La plantele iubitoare de lumină, pentru a reduce cantitatea de radiație solară, frunzele sunt dispuse vertical sau în unghi ascuțit față de planul orizontal. La plantele iubitoare de umbră, frunzele sunt dispuse predominant orizontal, ceea ce le permite să primească cantitatea maximă de lumină incidentă. Suprafața frunzei multor heliofite este strălucitoare, facilitând reflexia razelor, acoperită cu un înveliș ceros, cuticulă groasă sau pubescență densă.
Frunzele plantelor iubitoare de umbră și cele iubitoare de lumină diferă și ele structura anatomică. Frunzele ușoare au mai multe țesuturi mecanice, iar lama frunzei este mai groasă decât frunzele în umbră. Celulele mezofile sunt mici, dens dispuse, cloroplastele din ele sunt mici și deschise la culoare și ocupă o poziție de perete. Mezofila frunzelor se diferențiază în țesuturi columnare și spongioase.
Sciofitele au frunze mai subțiri, cuticula este absentă sau slab dezvoltată. Mezofila nu se diferențiază în țesut columnar și spongios. Există mai puține elemente de țesut mecanic și cloroplaste în frunzele de umbră, dar sunt mai mari decât cele ale heliofitelor. Lăstarii de plante iubitoare de lumină au adesea internoduri scurtate, sunt foarte ramificați și adesea în formă de rozetă.
Adaptările fiziologice ale plantelor la lumină se manifestă prin modificări ale proceselor de creștere, intensității fotosintezei, respirației, transpirației, compoziției și cantității pigmenților. Se știe că la plantele iubitoare de lumină, atunci când este lipsă de lumină, tulpinile devin alungite. Frunzele plantelor iubitoare de umbră conțin mai multă clorofilă decât cele iubitoare de lumină, deci au o culoare verde închis mai saturată. Intensitatea fotosintezei la heliofite este maximă la iluminare mare (în interval de 500-1000 lux sau mai mult), iar la sciofite - la cantități mici de lumină (50-200 lux).
Una dintre formele de adaptare fiziologică a plantelor la lipsa luminii este trecerea unor specii la alimentația heterotrofă. Un exemplu de astfel de plante sunt speciile de păduri umbroase de molid - goodyera târâtoare, adevărată plantă de cuibărit și iarba comună de molid. Ei trăiesc din materie organică moartă, de ex. sunt saprofiti.
Adaptările sezoniere ale plantelor la condițiile de iluminare se manifestă în habitatele în care regimul de lumină se modifică periodic. În acest caz, plantele din diferite anotimpuri se pot manifesta fie ca iubitoare de lumină, fie ca fiind tolerante la umbră. De exemplu, primăvara în pădurile de foioase, frunzele lăstarilor pinului comun au o structură ușoară și se caracterizează printr-o intensitate ridicată a fotosintezei. Frunzele lăstarilor de vară ai copacului, care se dezvoltă după înfrunzirea copacilor și arbuștilor, au o structură tipică de umbră. Atitudinea față de regimul de lumină la plante se poate modifica în timpul procesului de ontogeneză și ca urmare a influenței complexe a factorilor de mediu. Răsadurile și plantele tinere ale multor specii de luncă și pădure sunt mai tolerante la umbră decât plantele adulte. Cerințele pentru regimul de lumină se schimbă uneori la plante atunci când se găsesc în condiții climatice și edafice diferite. De exemplu, speciile de taiga din pădure - afin, bileaf - în pădure-tundra și tundra cresc bine în habitate deschise.
Unul dintre factorii care reglează dezvoltarea sezonieră a organismelor este durata zilei. Se numește capacitatea plantelor și animalelor de a răspunde la lungimea zilei reactie fotoperiodica(FPR) și se numește gama de fenomene reglementate de lungimea zilei fotoperiodism. Pe baza tipului de reacție fotoperiodică, se disting următoarele grupuri principale de plante:
1. Plante de zi scurtă, care necesită mai puțin de 12 ore de lumină pe zi pentru a începe înflorirea. Acestea, de regulă, provin din regiunile sudice (crizanteme, dalii, asteri, tutun etc.).
2. Plante sa ai o zi lunga – pentru înflorire au nevoie de o zi de 12 ore sau mai mult (in, ovăz, cartofi, ridichi).
3. Neutru față de durata zilei plantelor. Pentru ei, lungimea zilei este indiferentă; înflorirea are loc la orice lungime (păpădie, roșii, muștar etc.).
Lungimea zilei afectează nu numai trecerea fazelor generative ale plantei, ci și productivitatea și rezistența acesteia la boli infecțioase. De asemenea, joacă un rol important în distribuția geografică a plantelor și în reglarea dezvoltării sezoniere a acestora. Speciile comune la latitudinile nordice sunt predominant de zi lungă, în timp ce la tropice și subtropice sunt în principal de zi scurtă sau neutre. Cu toate acestea, acest model nu este absolut. Astfel, specii de zi lungă se găsesc în munții zonelor tropicale și subtropicale. Multe soiuri de grâu, in, orz și altele plante cultivate, originare din regiunile sudice, au un FPR de zi lungă. Cercetările au arătat că atunci când temperaturile scad, plantele de zi lungă se pot dezvolta normal în condiții de zi scurtă.
Lumină în viața animalelor. Animalele au nevoie de lumină pentru orientarea în spațiu; aceasta afectează și procesele metabolice, comportamentul, ciclu de viață. Completitudine perceptie vizuala mediul depinde de nivelul de dezvoltare evolutivă. Multe nevertebrate au doar celule sensibile la lumină înconjurate de pigment, în timp ce organismele unicelulare au o porțiune sensibilă la lumină a citoplasmei. Cei mai perfecți sunt ochii vertebratelor, cefalopodelor și insectelor. Acestea vă permit să percepeți forma și dimensiunea obiectelor, culoarea și să determinați distanța. Viziunea tridimensională este tipică pentru oameni, primate și unele păsări (vulturi, șoimi, bufnițe). Dezvoltarea vederii și caracteristicile acesteia depind, de asemenea, de condițiile de mediu și de stilul de viață al speciilor specifice. La locuitorii peșterilor, ochii pot fi reduse complet sau parțial, ca, de exemplu, la gândacii orbi, gândacii de pământ, protea etc.
Diferite specii de animale sunt capabile să reziste la iluminarea cu o anumită compoziție spectrală, durată și intensitate. Există iubitoare de lumină și iubitoare de umbră, eurifoticȘi stenofotic feluri. Mamiferele nocturne și crepusculare (voarele, șoarecii etc.) tolerează lumina directă a soarelui doar 5-30 de minute, iar mamiferele din timpul zilei – timp de câteva ore. Cu toate acestea, în lumina puternică a soarelui, chiar și speciile deșertice de șopârle nu pot rezista mult timp la iradiere, deoarece în 5-10 minute temperatura corpului lor crește la +50-56ºС și animalele mor. Iluminarea ouălor multor insecte accelerează dezvoltarea acestora, dar până la anumite limite (nu la fel pentru tipuri variate), după care dezvoltarea se oprește. O adaptare la protecția împotriva radiațiilor solare excesive este tegumentul pigmentat al unor organe: la reptile - cavitatea abdominală, organele de reproducere etc. Animalele evită radiațiile excesive mergând în adăposturi, ascunzându-se în umbră etc.
Schimbările zilnice și sezoniere ale condițiilor de lumină determină nu numai modificări ale activității, ci și perioadele de reproducere, migrație și năpârlire. Apariția insectelor nocturne și dispariția insectelor diurne dimineața sau seara au loc la o luminozitate specifică fiecărei specii. De exemplu, gândacul marmorat apare la 5-6 minute după apusul soarelui. Când păsările cântătoare se trezesc variază de la sezon la anotimp. În funcție de iluminare, zonele de vânătoare ale păsărilor se schimbă. Astfel, ciocănitorii, țâții și muștele vânează în adâncul pădurii ziua, iar în locuri deschise dimineața și seara. Animalele navighează folosind vederea în timpul zborurilor și migrațiilor. Păsările își aleg direcția de zbor cu o acuratețe uimitoare, ghidate de soare și stele. Această abilitate înnăscută este creată de selecția naturală ca sistem de instincte. Abilitatea pentru o astfel de orientare este, de asemenea, caracteristică altor animale, de exemplu, albinele. Albinele care au găsit nectar transmit altora informații despre unde să zboare pentru mită, folosind soarele ca ghid.
Condițiile de lumină limitează distribuția geografică a unor animale. Astfel, o zi lungă în timpul lunilor de vară în zona arctică și temperată atrage acolo păsările și unele mamifere, deoarece le permite să obțină cantitatea potrivită de hrană (piței, pipăi, aripi de ceară etc.), iar toamna migrează sud. Regimul de lumină are efect invers asupra distribuției animalelor nocturne. În nord sunt rare, iar în sud predomină chiar peste speciile de zi.
Condiții de temperatură. Intensitatea tuturor reacțiilor chimice care compun metabolismul depinde de condițiile de temperatură. Prin urmare, limitele existenței vieții sunt temperaturile la care este posibilă funcționarea normală a proteinelor, în medie de la 0 la +50ºС. Cu toate acestea, aceste praguri nu sunt aceleași pentru diferite specii de organisme. Datorită prezenței sistemelor enzimatice specializate, unele organisme s-au adaptat pentru a trăi la temperaturi mai mari limite specificate. Speciile adaptate vieții în condiții de frig aparțin grupului ecologic criofili. În procesul de evoluție, aceștia au dezvoltat adaptări biochimice care le permit să mențină metabolismul celular la temperaturi scăzute, precum și să reziste la îngheț sau să crească rezistența la acesta. Acumularea de substanțe speciale în celule - antigel, care împiedică formarea de cristale de gheață în organism, ajută la rezistența la îngheț. Astfel de adaptări au fost identificate la unii pești arctici din familia nototheniaceae și cod, care înoată în apele Oceanului Arctic, cu o temperatură corporală de –1,86ºС.
Temperatura extrem de scăzută la care activitatea celulară este încă posibilă a fost înregistrată pentru microorganisme – până la –10–12ºС. Rezistența la îngheț la unele specii este asociată cu acumularea în corpul lor de substanțe organice, cum ar fi glicerolul, manitolul și sorbitolul, care împiedică cristalizarea soluțiilor intracelulare, ceea ce le permite să supraviețuiască perioadelor critice de îngheț în stare inactivă (torpoare, criptobioză). Astfel, unele insecte pot rezista la temperaturi de până la –47–50ºС iarna în această stare. Criofilele includ multe bacterii, licheni, ciuperci, mușchi, artropode etc.
Speciile a căror activitate optimă de viață se limitează la zonele cu temperaturi ridicate sunt clasificate ca grup ecologic termofile.
Cel mai rezistent la temperaturi mari bacterii, dintre care multe pot crește și se pot multiplica la +60–75ºС. Unele bacterii care trăiesc în izvoarele termale cresc la temperaturi de +85–90ºС și s-a descoperit că o specie de arheobacterii crește și se divide la temperaturi care depășesc +110ºС. Bacteriile care formează spori pot rezista la +200ºС în stare inactivă timp de zeci de minute. Speciile termofile se găsesc și printre ciuperci, protozoare, plante și animale, dar nivelul lor de rezistență la temperaturi ridicate este mai scăzut decât cel al bacteriilor. Plantele superioare de stepă și deșerturi pot tolera încălzirea pe termen scurt până la +50–60ºС, dar fotosinteza lor este deja inhibată de temperaturi care depășesc +40ºС. La o temperatură a corpului de +42–43ºС, moartea prin căldură are loc la majoritatea animalelor.
Regimul de temperatură în mediul terestru variază foarte mult și depinde de mulți factori: latitudine, altitudine, apropierea corpurilor de apă, perioada anului și ziua, starea atmosferei, acoperirea vegetației etc. Pe parcursul evoluției organismelor s-au dezvoltat diverse adaptări care fac posibilă reglarea metabolismului atunci când temperatura ambientală se modifică. Acest lucru se realizează în două moduri: 1) modificări biochimice și fiziologice; 2) menținerea temperaturii corpului la un nivel mai stabil decât temperatura ambiantă. Activitatea de viață a majorității speciilor depinde de căldura venită din exterior, iar temperatura corpului depinde de cursul temperaturilor exterioare. Astfel de organisme sunt numite poikilotermic. Acestea includ toate microorganismele, plantele, ciupercile, animalele nevertebrate și majoritatea cordatelor. Doar păsările și mamiferele sunt capabile să mențină o temperatură constantă a corpului, indiferent de temperatura ambiantă. Ei sunt numiti, cunoscuti homeotermic.
Adaptarea plantelor la condițiile de temperatură. Rezistența plantelor la schimbările de temperatură a mediului este diferită și depinde de habitatul specific în care se desfășoară viața lor. Plante superioare din zone moderat calde și moderat reci euriterme. În stare activă, ele tolerează fluctuațiile de temperatură de la – 5 la +55ºС. În același timp, există specii care au o valență ecologică foarte îngustă în raport cu temperatura, adică. sunt stenotermic. De exemplu, plantele paduri tropicale Ei nu pot tolera nici măcar temperaturi de +5–+8ºС. Unele alge de pe zăpadă și gheață trăiesc doar la 0ºC. Adică nevoile de căldură ale diferitelor specii de plante nu sunt aceleași și variază într-o gamă destul de largă.
Speciile care trăiesc în locuri cu temperaturi constant ridicate, în proces de evoluție, au dobândit adaptări anatomice, morfologice și fiziologice menite să prevină supraîncălzirea.
Principalele adaptări anatomice și morfologice includ: pubescența densă a frunzelor, suprafața lucioasă a frunzei, care ajută la reflectarea luminii solare; reducerea suprafeței frunzelor, poziția lor verticală, ondularea într-un tub etc. Unele specii sunt capabile să secrete săruri, din care se formează cristale pe suprafața plantelor, reflectând razele soarelui care cad asupra lor. În condiții de umiditate suficientă, transpirația stomatică este un remediu eficient pentru supraîncălzire. Dintre speciile termofile, în funcție de gradul de rezistență al acestora la temperaturi ridicate, putem distinge
1) nerezistent la căldură plantele sunt deja deteriorate la +30–40ºС;
2) tolerant la căldură– tolerează o jumătate de oră de încălzire până la +50–60ºС (plante de deșert, stepă, subtropicale uscate etc.).
Plantele din savane și pădurile uscate de foioase sunt afectate în mod regulat de incendii, unde temperaturile pot crește cu sute de grade. Se numesc plante care sunt rezistente la foc pirofite. Au o crustă groasă pe trunchi, impregnată cu substanțe rezistente la foc. Fructele și semințele lor au tegumente groase, adesea lignificate.
Viața multor plante trece în condiții de temperaturi scăzute. În funcție de gradul de adaptare a plantelor la condițiile de deficiență extremă de căldură, se pot distinge următoarele grupuri:
1) nerezistent la frig plantele sunt grav deteriorate sau ucise la temperaturi sub punctul de îngheț al apei. Acestea includ plante din zone tropicale;
2) nerezistent la îngheț plante - tolerează temperaturi scăzute, dar mor de îndată ce gheața începe să se formeze în țesuturi (unele plante subtropicale veșnic verzi).
3) plante rezistente la îngheț cresc în zonele cu ierni reci.
Rezistența la temperaturi scăzute este sporită de astfel de adaptări morfologice ale plantelor precum statura mică și formele speciale de creștere - târâtoare, în formă de pernă, care le permit să utilizeze microclimatul stratului de aer al solului vara și să fie protejate de stratul de zăpadă iarna. .
Mai semnificative pentru plante sunt mecanismele de adaptare fiziologică care le măresc rezistența la frig: căderea frunzelor, moartea lăstarilor supraterani, acumularea de antigel în celule, scăderea conținutului de apă în celule etc. La plantele rezistente la îngheț, în procesul de pregatirea pentru iarna, in organe se acumuleaza zaharuri, proteine etc. ulei, continutul de apa din citoplasma scade si vascozitatea acestuia creste. Toate aceste modificări reduc punctul de îngheț al țesuturilor.
Multe plante sunt capabile să rămână viabile în stare înghețată, de exemplu, violeta alpină, hreanul arctic, păduchii, margaretele, efemeroidele de primăvară devreme în zona pădurii etc.
Mușchii și lichenii sunt capabili să reziste înghețului prelungit într-o stare de animație suspendată. De mare importanță în adaptarea plantelor la temperaturi scăzute este posibilitatea menținerii activității normale de viață prin reducerea optimului de temperatură al proceselor fiziologice și a limitelor inferioare de temperatură la care sunt posibile aceste procese.
În temperat şi latitudini mari din cauza schimbării sezoniere condiții climatice La plante, fazele active și latente alternează în ciclul anual de dezvoltare. Plantele anuale, după încheierea sezonului de creștere, supraviețuiesc iernii sub formă de semințe, iar plantele perene intră într-o stare de repaus. Distinge adâncȘi obligat pace. Plantele aflate în stare de repaus profund nu răspund la condițiile termice favorabile. După încheierea repausului profund, plantele sunt gata să reia dezvoltarea, dar în natură, iarna, acest lucru este imposibil din cauza temperaturilor scăzute. Prin urmare, această fază se numește odihnă forțată.
Adaptarea animalelor la condițiile de temperatură.În comparație cu plantele, animalele au o capacitate mai mare de a-și regla temperatura corpului datorită capacității lor de a se mișca prin spațiu și de a produce mult mai mult din propria lor căldură internă.
Principalele moduri de adaptare la animale:
1) termoreglare chimică– aceasta este o creștere reflexă a producției de căldură ca răspuns la o scădere a temperaturii mediului, bazată pe un nivel ridicat al metabolismului;
2) termoreglarea fizică– se realizează datorită capacității de reținere a căldurii datorită caracteristicilor structurale speciale (prezența părului și a penelor, distribuția rezervelor de grăsime etc.) și a modificărilor nivelului de transfer de căldură;
3) termoreglarea comportamentală- aceasta este o căutare de habitate favorabile, o schimbare a posturii, construirea de adăposturi, cuiburi etc.
Pentru animalele poikiloterme, principala modalitate de reglare a temperaturii corpului este comportamentală. La căldură extremă, animalele se ascund la umbră și găuri. Pe măsură ce se apropie iarna, ei caută adăpost, își construiesc cuiburi și își reduc activitatea. Unele specii sunt capabile să mențină temperatura optimă a corpului prin funcția musculară. De exemplu, bondarii își încălzesc corpul cu contracții musculare speciale, ceea ce le permite să se hrănească pe vreme rece. Unele animale poikiloterme evită supraîncălzirea prin creșterea pierderilor de căldură prin evaporare. De exemplu, broaștele și șopârlele pe vreme caldă încep să respire greu sau să își țină gura deschisă, crescând evaporarea apei prin membranele mucoase.
Animalele homeoterme se disting printr-o reglare foarte eficientă a aportului și ieșirii de căldură, ceea ce le permite să mențină o temperatură optimă constantă a corpului. Mecanismele lor de termoreglare sunt foarte diverse. Ele sunt caracterizate termoreglare chimică, caracterizată printr-o rată metabolică ridicată și producerea de cantități mari de căldură. Spre deosebire de animalele poikiloterme, la animalele cu sânge cald, atunci când sunt expuse la frig, procesele oxidative nu slăbesc, ci se intensifică. Multe animale generează căldură suplimentară din țesutul muscular și gras. Mamiferele au țesut adipos maro specializat, în care toată energia eliberată este folosită pentru a încălzi corpul. Este cel mai dezvoltat la animalele cu climă rece. Menținerea temperaturii corpului prin creșterea producției de căldură necesită o cheltuială mare de energie, astfel încât animalele, cu o reglare chimică sporită, au nevoie de o cantitate mare de hrană sau cheltuiesc multe rezerve de grăsime. Prin urmare, întărirea reglementării chimice are limite determinate de posibilitatea de a obține alimente. Dacă iarna lipsește hrana, această metodă de termoreglare este neprofitabilă pentru mediu.
Termoreglarea fizică Este mai benefic pentru mediu, deoarece adaptarea la frig se realizează prin reținerea căldurii în corpul animalului. Factorii săi sunt pielea, blana groasă a mamiferelor, acoperirea cu pene și puf a păsărilor, depozitele de grăsime, evaporarea apei prin transpirație sau prin mucoasele cavității bucale și ale tractului respirator superior, dimensiunea și forma corpului animalului. Pentru a reduce transferul de căldură, dimensiunile mari ale corpului sunt mai avantajoase (cu cât corpul este mai mare, cu atât suprafața lui pe unitatea de masă este mai mică și, în consecință, transferul de căldură și invers). Din acest motiv, indivizii speciilor strâns înrudite de animale cu sânge cald care trăiesc în condiții de frig sunt mai mari ca dimensiuni decât cei care sunt obișnuiți în climatul cald. Acest model se numește regulile lui Bergman. Reglarea temperaturii se realizează și prin părțile proeminente ale corpului - urechi, membre, cozi, organe olfactive. În zonele reci, acestea tind să fie mai mici ca dimensiuni decât în zonele mai calde ( regula lui Allen). Pentru organismele homeoterme, acestea sunt de asemenea importante metode comportamentale de termoreglare, care sunt foarte diverse - de la schimbarea posturii și căutarea unui adăpost până la construirea de adăposturi complexe, cuiburi și efectuarea de migrații pe distanțe scurte și lungi. Unele animale cu sânge cald folosesc comportament de grup. De exemplu, pinguinii se strâng împreună într-o grămadă densă în îngheț sever. În interiorul unui astfel de grup, temperatura se menține în jur de +37ºС chiar și în cele mai severe înghețuri. Cămilele din deșert se înghesuie, de asemenea, la căldură extremă, dar acest lucru împiedică suprafața corpului să devină prea fierbinte.
Combinația de diferite metode de termoreglare chimică, fizică și comportamentală permite animalelor cu sânge cald să mențină o temperatură constantă a corpului într-o gamă largă de fluctuații ale condițiilor de temperatură a mediului.
Modul de apă. Funcționarea normală a corpului este posibilă numai cu o cantitate suficientă de apă. Regimurile de umiditate din mediul sol-aer sunt foarte diverse - de la saturația completă a aerului cu vapori de apă în tropicele umede până la aproape absență completă umiditatea în aerul și solul deșerților. De exemplu, în deșertul Sinai precipitațiile anuale sunt de 10–15 mm, în timp ce în deșertul libian (în Aswan) nu există deloc. Aprovizionarea cu apă a organismelor terestre depinde de regimul precipitațiilor, de prezența rezervelor de umiditate a solului, a rezervoarelor, a nivelului apei subterane, a terenului, a caracteristicilor de circulație atmosferică etc. Acest lucru a condus la dezvoltarea multor adaptări la organismele terestre la diferite regimuri de umiditate ale habitatelor. .
Adaptări ale plantelor la regimul apei. Plantele terestre inferioare absorb apa din substrat prin părți ale talului sau rizoizii scufundate în acesta, iar umiditatea din atmosferă de întreaga suprafață a corpului.
Dintre plantele superioare, mușchii absorb apa din sol prin rizoizi sau partea inferioară a tulpinii (mușchi sphagnum), în timp ce majoritatea celorlalți absorb apa prin rădăcini. Debitul de apă în plantă depinde de mărimea forței de aspirație a celulelor radiculare, de gradul de ramificare a sistemului radicular și de adâncimea de pătrundere a rădăcinilor în sol. Sistemele radiculare sunt foarte plastice și răspund la condițiile în schimbare, în primul rând umiditatea.
Când există o lipsă de umiditate în orizonturile de suprafață ale solului, multe plante au sisteme radiculare care pătrund adânc în sol, dar sunt slab ramificate, ca, de exemplu, la saxaul, spinul de cămilă, pinul silvestru, floarea de colț aspra etc. La multe cereale, dimpotrivă, sistemele radiculare sunt puternic ramificate și cresc în straturile de suprafață ale solului (în secară, grâu, iarbă cu pene etc.). Apa care intră în plantă este transportată prin xilem către toate organele, unde este cheltuită în procesele vieții. În medie, 0,5% merge la fotosinteză, iar restul pentru a completa pierderile de la evaporare și pentru a menține turgul. Bilanțul de apă al unei plante rămâne echilibrat dacă absorbția apei, conducerea și cheltuiala acesteia sunt coordonate armonios între ele. În funcție de capacitatea lor de a regla echilibrul hidric al corpului lor, plantele terestre sunt împărțite în poikihidrură și homoyohidrură.
Plante poikihidride nu sunt capabili să-și regleze activ echilibrul de apă. Nu au dispozitive care ajută la reținerea apei în țesuturi. Conținutul de apă din celule este determinat de umiditatea aerului și depinde de fluctuațiile acestuia. Plantele de poikilohidrură includ alge terestre, licheni, câțiva mușchi și ferigi de pădure tropicală. În timpul perioadei uscate, aceste plante se usucă aproape până la o stare uscată la aer, dar după ploaie „prind viață” din nou și devin verde.
Plante homohidrure capabil să mențină conținutul de apă din celule la un nivel relativ constant. Acestea includ majoritatea plantelor terestre superioare. Celulele lor au o vacuolă centrală mare, datorită căreia există întotdeauna o sursă de apă. În plus, transpirația este reglată de aparatul stomatic, iar lăstarii sunt acoperiți cu o epidermă cu o cuticulă slab permeabilă la apă.
Cu toate acestea, capacitatea plantelor de a-și regla metabolismul apei nu este aceeași. În funcție de adaptabilitatea lor la condițiile de umiditate ale habitatelor, se disting trei grupe ecologice principale: higrofite, xerofite și mezofite.
Higrofitele- Acestea sunt plante din habitatele umede: mlaștini, pajiști umede și păduri și malurile lacurilor de acumulare. Ei nu pot tolera deficiența de apă și reacționează la scăderea umidității solului și a aerului prin ofilirea rapidă sau inhibarea creșterii. Lamele lor frunzelor sunt late și nu au o cuticulă groasă. Celulele mezofile sunt aranjate vag, cu spații intercelulare mari între ele. Stomatele higrofitelor sunt de obicei larg deschise și sunt adesea situate pe ambele părți ale limboului frunzei. În acest sens, rata lor de transpirație este foarte mare. La unele plante din habitate foarte umede, excesul de apă este îndepărtat prin hidatode (stomatele de apă) situate de-a lungul marginii frunzei. Umiditatea excesivă a solului duce la o scădere a conținutului de oxigen din acesta, ceea ce complică funcția de respirație și aspirație a rădăcinilor. Prin urmare, rădăcinile higrofitelor sunt situate în orizonturile de suprafață ale solului, sunt slab ramificate și există puține fire de păr de rădăcină pe ele. Organele multor higrofite erbacee au un sistem bine dezvoltat de spații intercelulare prin care pătrunde aerul atmosferic. Plantele care trăiesc pe soluri puternic îmbibate cu apă, inundate periodic cu apă, formează rădăcini respiratorii speciale, cum ar fi chiparosul de mlaștină, sau rădăcini de sprijin, cum ar fi plantele lemnoase de mangrove.
XerofiteÎn stare activă, sunt capabili să tolereze uscăciunea prelungită semnificativă a aerului și a solului. Sunt răspândite în stepe, deșerturi, subtropicale uscate etc. În zonă climat temperat se așează pe soluri uscate nisipoase și lut nisipoase, în zonele ridicate ale reliefului. Capacitatea xerofitelor de a tolera lipsa de umiditate se datorează caracteristicilor lor anatomice, morfologice și fiziologice. Pe baza acestor caracteristici, acestea sunt împărțite în două grupuri: suculentȘi sclerofite.
Suculent- plante perene cu frunze sau tulpini suculente, cărnoase, la care țesutul de stocare a apei este foarte dezvoltat. Există suculente de frunze - aloe, agave, sedum, tinere și tulpini, la care frunzele sunt reduse, iar părțile de pământ sunt reprezentate de tulpini cărnoase (cactusi, unele lăpte). O caracteristică distinctivă a suculentelor este capacitatea lor de a stoca cantități mari de apă și de a o utiliza extrem de economic. Rata lor de transpirație este foarte scăzută, deoarece sunt foarte puține stomatele, sunt adesea scufundate în țesutul frunzei sau al tulpinii și sunt de obicei închise în timpul zilei, ceea ce îi ajută să limiteze consumul de apă. Închiderea stomatelor în timpul zilei împiedică procesele de fotosinteză și schimbul de gaze, astfel încât suculentele au dezvoltat o rută specială de fotosinteză, care utilizează parțial dioxidul de carbon eliberat în timpul respirației. În acest sens, rata de fotosinteză a acestora este scăzută, ceea ce este asociat cu o creștere lentă și o competitivitate destul de scăzută. Suculentele se caracterizează prin presiune osmotică scăzută a sevei celulare, cu excepția celor care cresc în soluri saline. Sistemele lor radiculare sunt superficiale, foarte ramificate și cu creștere rapidă.
Sclerofitele sunt plante dure, cu aspect uscat, datorită cantității mari de țesut mecanic și conținutului scăzut de apă al frunzelor și tulpinilor. Frunzele multor specii sunt mici, înguste sau reduse la solzi și tepi; au adesea pubescență densă (labă de pisică, cinquefoil argintiu, multe pelin etc.) sau un înveliș ceros (floarea de colț rusesc etc.). Sistemele lor radiculare sunt bine dezvoltate și au adesea o masă totală de multe ori mai mare decât părțile supraterane ale plantelor. Diverse adaptări fiziologice ajută, de asemenea, sclerofitele să reziste cu succes la lipsa de umiditate: presiunea osmotică ridicată a sevei celulare, rezistența la deshidratarea țesuturilor, capacitatea mare de reținere a apei a țesuturilor și celulelor datorită vâscozității ridicate a citoplasmei. Multe sclerofite folosesc perioadele cele mai favorabile ale anului pentru vegetație, iar când apare seceta, reduc drastic procesele vitale. Toate proprietățile enumerate ale xerofitelor contribuie la creșterea rezistenței lor la secetă.
mezofiții cresc în condiții medii de umiditate. Sunt mai pretențioși față de umiditate decât xerofitele și mai puțin pretențioși decât higrofitele. Țesuturile de frunze ale mezofiților sunt diferențiate în parenchim columnar și spongios. Țesuturile tegumentare pot avea unele trăsături xeromorfe (pubescență rară, strat de cuticulă îngroșat). Dar sunt mai puțin pronunțate decât la xerofite. Sistemele radiculare pot pătrunde adânc în sol sau pot fi situate în orizonturi de suprafață. În ceea ce privește nevoile lor ecologice, mezofiții reprezintă un grup foarte divers. Astfel, printre mezofitele de luncă și pădure există specii cu dragoste sporită pentru umiditate, care se caracterizează printr-un conținut ridicat de apă în țesuturi și o capacitate de reținere a apei destul de slabă. Acestea sunt coada vulpii de luncă, iarba de mlaștină, iarba de luncă moale, Linnaeus holocum și multe altele.
În habitatele cu lipsă periodică sau constantă (mică) de umiditate, mezofitele prezintă semne de organizare xeromorfă și rezistență fiziologică crescută la secetă. Exemple de astfel de plante sunt stejarul pedunculat, trifoiul de munte, pătlagina mijlocie, lucerna semilună etc.
Adaptări animale.În raport cu regimul apei, animalele pot fi împărțite în higrofile (iubitoare de umiditate), xerofile (iubitoare de uscat) și mezofile (preferând condițiile medii de umiditate). Exemple de higrofili sunt păduchii de lemn, țânțarii, cozile, libelule etc. Toate nu pot tolera deficite semnificative de apă și nu tolerează nici măcar seceta de scurtă durată. Șopârlele, cămilele, lăcustele de deșert, gândacii întunecați etc. sunt xerofile, locuiesc în cele mai aride habitate.
Animalele obțin apă prin băutură, hrană și prin oxidarea substanțelor organice. Multe mamifere și păsări (elefanți, lei, hiene, rândunele, ioniși etc.) au nevoie de apă potabilă. Speciile de deșert, cum ar fi jerboi, gerbili africani și șobolanul-cangur american pot supraviețui fără apă potabilă. Omizile de molii de haine, gărgărițele de grânar și de orez și multe altele trăiesc exclusiv din apă metabolică.
Animalele au modalități tipice de a regla echilibrul apei: morfologic, fiziologic, comportamental.
LA morfologic metodele de menținere a echilibrului apei includ formațiuni care ajută la reținerea apei în organism: cochilii de melci de uscat, tegumente keratinizate ale reptilelor, permeabilitatea slabă la apă a tegumentelor de insecte etc. S-a demonstrat că permeabilitatea tegumentelor de insecte nu depinde de structură. de chitină, dar este determinată de cel mai subțire strat ceros care îi acoperă suprafața. Distrugerea acestui strat crește brusc evaporarea prin capace.
LA fiziologic adaptările pentru reglarea metabolismului apei includ capacitatea de a forma umiditate metabolică, economisirea apei în timpul excreției de urină și fecale, toleranță la deshidratare, modificări ale transpirației și eliberarea apei prin membranele mucoase. Economisirea apei în tractul digestiv se realizează prin absorbția apei de către intestine și formarea fecalelor practic deshidratate. La păsări și reptile, produsul final al metabolismului azotului este acidul uric, pentru a cărui îndepărtare practic nu se consumă apă. Reglarea activă a transpirației și evaporării umidității de la suprafața tractului respirator este utilizată pe scară largă de animalele homeoterme. De exemplu, în cele mai extreme cazuri de deficiență de umiditate la o cămilă, transpirația se oprește și evaporarea din tractul respirator este redusă drastic, ceea ce duce la reținerea apei în organism. Evaporarea, asociată cu nevoia de termoreglare, poate provoca deshidratarea organismului, așa că multe animale mici cu sânge cald din climatele uscate și calde evită expunerea la căldură și economisesc umiditatea ascunzându-se sub pământ.
La animalele poikiloterme, o creștere a temperaturii corpului după încălzirea aerului le permite să evite pierderile inutile de apă, dar nu pot evita complet pierderile prin evaporare. Prin urmare, pentru animalele cu sânge rece, principala modalitate de a menține echilibrul apei atunci când trăiesc în condiții aride este evitarea încărcărilor excesive de căldură. Prin urmare, în complexul de adaptări la regimul apei din mediul terestru mare importanță avea moduri comportamentale reglarea echilibrului apei. Acestea includ forme speciale de comportament: săparea gropilor, căutarea rezervoarelor, alegerea habitatelor etc. Acest lucru este deosebit de important pentru ierbivore și granivore. Pentru mulți dintre ei, prezența corpurilor de apă este o condiție prealabilă pentru stabilirea în zonele aride. De exemplu, distribuția în deșert a unor specii cum ar fi bivolul din Cap, căpata de apă și unele antilope depinde complet de disponibilitatea locurilor de adăpare. Multe reptile și mamifere mici trăiesc în vizuini unde temperaturile relativ scăzute și umiditatea ridicată favorizează schimbul de apă. Păsările folosesc adesea goluri, coroane umbrite de copac etc.
Mediu sol-aer - un mediu format din aer, ceea ce explică numele acestuia. De obicei, se caracterizează prin următoarele:
- Aerul nu oferă aproape nicio rezistență, astfel încât învelișul organismelor de obicei nu curge în jur.
- Conținut ridicat de oxigen în aer.
- Există clime și anotimpuri.
- Mai aproape de sol, temperatura aerului este mai ridicată, așa că majoritatea speciilor trăiesc pe câmpie.
- Nu există apă în atmosferă necesară vieții, astfel încât organismele se stabilesc mai aproape de râuri și alte corpuri de apă.
- Plantele care au rădăcini profită de mineralele găsite în sol și, parțial, se găsesc în mediul solului.
- Temperatura minimă a fost înregistrată în Antarctica, care a fost de - 89 ° C, iar cea maximă a fost de + 59 ° C.
- Mediul biologic se extinde de la 2 km sub nivelul mării la 10 km deasupra nivelului mării.
În cursul evoluției, acest mediu a fost dezvoltat mai târziu decât mediul acvatic. Particularitatea sa este că gazos, prin urmare caracterizată prin:
- umiditate,
- densitate și presiune,
- conținut ridicat de oxigen.
În cursul evoluției, organismele vii au dezvoltat adaptările anatomice, morfologice, fiziologice, comportamentale și de altă natură necesare. Animalele din mediul sol-aer se deplasează pe sol sau prin aer (păsări, insecte). În acest sens, animalele s-au dezvoltat plămânii și traheea, adică organele cu care locuitorii pământului ai planetei absorb oxigenul direct din aer. A primit o dezvoltare puternică organele scheletice, asigurând autonomie de mișcare pe uscat și susținând organismul cu toate organele sale în condiții de densitate scăzută a mediului, de mii de ori mai mică decât apa.
Factori de mediuîn mediul sol-aer diferă de alte habitate:
- intensitate luminoasă ridicată,
- fluctuații semnificative ale temperaturii și umidității aerului,
- corelarea tuturor factorilor cu localizarea geografică,
- schimbarea anotimpurilor anului și a orei zilei.
Efectele lor asupra organismelor sunt indisolubil legate de mișcarea aerului și poziția față de mări și oceane și sunt foarte diferite de efectele din mediul acvatic.În mediul sol-aer există suficientă lumină și aer. Cu toate acestea, umiditatea și temperatura sunt foarte variabile. Zonele mlăștinoase au un exces de umiditate, în timp ce în stepe este mult mai puțin. Fluctuațiile de temperatură zilnice și sezoniere sunt vizibile.
Adaptări ale organismelor la viață în condiții de temperatură și umiditate diferite. Sunt asociate mai multe adaptări ale organismelor din mediul terestre-aer temperatura si umiditatea aerului. Animalele de stepă (scorpion, tarantula și păianjeni karakurt, gopher, volei) se ascund de căldură la nurci. Animalele fac față căldurii secretând transpirație.
Odată cu apariția vremii reci, păsările zboară spre regiuni mai calde, astfel încât primăvara să se întoarcă din nou la locul în care s-au născut și unde vor naște.
Caracteristicile mediului sol-aer în regiunile sudice este o umiditate insuficientă. Animalele din deșert trebuie să aibă capacitatea de a-și conserva apa pentru a supraviețui perioade lungi când hrana este deficitară. Ierbivorele reușesc, de obicei, să facă acest lucru, stocând toată umiditatea disponibilă în tulpinile și semințele pe care le mănâncă. Carnivorele obțin apă din carnea umedă a prăzii lor. Ambele tipuri de animale au rinichi foarte eficienți care păstrează fiecare picătură de umiditate și rareori au nevoie să bea. De asemenea, animalele din deșert trebuie să se poată proteja de căldura brutală din timpul zilei și de frigul străpunzător noaptea. Animalele mici pot face acest lucru ascunzându-se în crăpăturile stâncii sau îngropându-se în nisip. Multe animale au dezvoltat o înveliș exterioară impenetrabilă în procesul de evoluție, nu pentru protecție, ci pentru a reduce pierderea de umiditate din corpul lor.
Adaptarea organismelor la mișcarea în mediul terestre-aer. Pentru multe animale din mediul terestre-aer, mișcarea pe suprafața pământului sau în aer este importantă. Pentru a face acest lucru, au dezvoltat anumite adaptări, iar membrele lor au structuri diferite. Unii s-au adaptat la alergare (lupul, cal), alții la sărituri (cangur, jerboa, cal), iar alții la zbor (păsări, lilieci, insecte). Șerpii și viperele nu au deloc membre, așa că se mișcă arcuindu-și corpul.
Semnificativ mai puține organisme s-au adaptat la viața înaltă în munți, deoarece există puțin sol, umiditate și aer, iar dificultățile apar la mișcare. Cu toate acestea, unele animale, cum ar fi caprele de munte muflon, sunt capabile să se miște aproape vertical în sus și în jos dacă există chiar nereguli ușoare. Prin urmare, ei pot trăi sus, în munți.
Adaptarea animalelor la factorul de iluminare al mediului sol-aer al vieții structura și dimensiunea ochilor. Majoritatea animalelor din acest mediu au organe vizuale bine dezvoltate. Deci, de la înălțimea zborului său, un șoim vede un șoarece alergând peste câmp.