Questi sono fattori di natura inanimata che influenzano direttamente o indirettamente il corpo: luce, temperatura, umidità, composizione chimica dell'aria, dell'acqua e dell'ambiente del suolo, ecc. (vale a dire, proprietà dell'ambiente, la cui presenza e impatto non influenzano dipendono direttamente dall’attività degli organismi viventi).
Leggero
(radiazione solare) è un fattore ambientale caratterizzato dall'intensità e dalla qualità dell'energia radiante del Sole, che viene utilizzata dalle piante verdi fotosintetiche per creare biomassa vegetale. La luce solare che raggiunge la superficie terrestre è la principale fonte di energia per il mantenimento dell'equilibrio termico del pianeta, il metabolismo dell'acqua degli organismi, la creazione e la trasformazione della materia organica da parte dell'elemento autotrofico della biosfera, che alla fine rende possibile la formazione di un ambiente in grado di soddisfare i bisogni vitali degli organismi.
L'effetto biologico della luce solare è determinato dalla sua composizione spettrale [spettacolo] ,
La composizione spettrale della luce solare è divisa in
- raggi infrarossi (lunghezza d'onda superiore a 0,75 micron)
- raggi visibili (0,40-0,75 µm) e
- raggi ultravioletti (meno di 0,40 micron)
Parti diverse dello spettro solare hanno effetti biologici disuguali.
Infrarossi I raggi , o termici, trasportano la maggior parte dell'energia termica. Rappresentano circa il 49% dell'energia radiante percepita dagli organismi viventi. La radiazione termica è ben assorbita dall'acqua, la cui quantità negli organismi è piuttosto grande. Ciò porta al riscaldamento dell'intero corpo, che è di particolare importanza per gli animali a sangue freddo (insetti, rettili, ecc.). Nelle piante la funzione più importante dei raggi infrarossi è quella di effettuare la traspirazione, attraverso la quale il calore in eccesso viene allontanato dalle foglie dal vapore acqueo, nonché quella di creare le condizioni ottimali per l'ingresso dell'anidride carbonica attraverso gli stomi.
Spettro visibile costituiscono circa il 50% dell’energia radiante che raggiunge la Terra. Questa energia è necessaria alle piante per la fotosintesi. Tuttavia solo l'1% viene utilizzato a questo scopo, il resto viene riflesso o dissipato sotto forma di calore. Questa parte dello spettro ha portato alla comparsa di molti importanti adattamenti negli organismi vegetali e animali. Nelle piante verdi, oltre alla formazione di un complesso di pigmenti che assorbono la luce, con l'aiuto del quale viene effettuato il processo di fotosintesi, sono comparsi colori vivaci dei fiori, che aiutano ad attirare gli impollinatori.
Per gli animali la luce svolge principalmente un ruolo informativo ed è coinvolta nella regolazione di numerosi processi fisiologici e biochimici. Già i più semplici hanno organelli fotosensibili (l'ocello fotosensibile nell'euglena verde) e la reazione alla luce è espressa sotto forma di fototassi - movimento verso l'illuminazione più alta o più bassa. A partire dai celenterati, quasi tutti gli animali sviluppano organi sensibili alla luce di varie strutture. Esistono animali notturni e crepuscolari (gufi, pipistrelli, ecc.), nonché animali che vivono nell'oscurità costante (grilli talpa, nematodi, talpe, ecc.).
Parte ultravioletta caratterizzato dalla più alta energia quantistica e da un’elevata attività fotochimica. Con l'aiuto dei raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda di 0,29-0,40 micron, la biosintesi della vitamina D, dei pigmenti retinici e della pelle viene effettuata nel corpo degli animali. Questi raggi sono meglio percepiti dagli organi visivi di molti insetti; nelle piante hanno un effetto formativo e contribuiscono alla sintesi di alcuni composti biologicamente attivi (vitamine, pigmenti). I raggi con una lunghezza d'onda inferiore a 0,29 micron hanno un effetto dannoso sugli esseri viventi.
Intensità [spettacolo] ,
Le piante, la cui attività vitale dipende interamente dalla luce, sviluppano vari adattamenti morfostrutturali e funzionali al regime luminoso dei loro habitat. In base alle loro esigenze di condizioni di illuminazione, le piante sono suddivise nei seguenti gruppi ambientali:
- Piante fotofile (eliofite). habitat aperti, crescendo con successo solo in condizioni di piena luce solare. Sono caratterizzati da un'elevata intensità di fotosintesi. Si tratta di piante primaverili di steppe e semi-deserti (cipolle d'oca, tulipani), piante di pendii senza alberi (salvia, menta, timo), cereali, piantaggine, ninfea, acacia, ecc.
- Piante tolleranti all'ombra caratterizzato da un’ampia ampiezza ecologica al fattore luce. Crescono meglio in condizioni di luce elevata, ma sono in grado di adattarsi a diversi livelli di ombra. Si tratta di piante legnose (betulla, quercia, pino) ed erbacee (fragoline di bosco, viola, erba di San Giovanni, ecc.).
- Piante che amano l'ombra (sciofite) Non tollerano una forte illuminazione, crescono solo in zone ombreggiate (sotto la chioma della foresta) e non crescono mai in aree aperte. Nelle radure esposte a una forte luce, la loro crescita rallenta e talvolta muoiono. Tali piante includono erbe forestali: felci, muschi, acetosella, ecc. L'adattamento all'ombreggiamento è solitamente combinato con la necessità di un buon approvvigionamento idrico.
Frequenza giornaliera e stagionale [spettacolo] .
La periodicità giornaliera determina i processi di crescita e sviluppo di piante e animali, che dipendono dalla durata delle ore diurne.
Il fattore che regola e controlla il ritmo della vita quotidiana degli organismi si chiama fotoperiodismo. È il fattore di segnalazione più importante che consente alle piante e agli animali di "misurare il tempo" - il rapporto tra la durata del periodo di illuminazione e di oscurità durante il giorno, e di determinare i parametri quantitativi dell'illuminazione. In altre parole, il fotoperiodismo è la reazione degli organismi al cambiamento del giorno e della notte, che si manifesta nelle fluttuazioni dell'intensità dei processi fisiologici: crescita e sviluppo. È la lunghezza del giorno e della notte che cambia in modo molto preciso e naturale durante tutto l'anno, indipendentemente da fattori casuali, ripetendosi invariabilmente di anno in anno, quindi gli organismi nel processo di evoluzione hanno coordinato tutte le fasi del loro sviluppo con il ritmo di questi intervalli di tempo .
Nella zona temperata, la proprietà del fotoperiodismo funge da fattore climatico funzionale che determina il ciclo di vita della maggior parte delle specie. Nelle piante, l'effetto fotoperiodico si manifesta nel coordinamento del periodo di fioritura e maturazione dei frutti con il periodo di fotosintesi più attiva, negli animali - nella coincidenza del tempo di riproduzione con il periodo di abbondanza di cibo, negli insetti - in l'inizio della diapausa e l'uscita da essa.
I fenomeni biologici causati dal fotoperiodismo comprendono anche le migrazioni stagionali (voli) degli uccelli, la manifestazione dei loro istinti di nidificazione e riproduzione, il cambio di pelo nei mammiferi, ecc.
In base alla durata del fotoperiodo richiesta, le piante si dividono in
- piante a giorno lungo, che richiedono più di 12 ore di luce per una crescita e uno sviluppo normali (lino, cipolle, carote, avena, giusquiamo, droga, giovani, patate, belladonna, ecc.);
- piante a giorno corto - necessitano di almeno 12 ore di buio continuo per fiorire (dalie, cavoli, crisantemi, amaranto, tabacco, mais, pomodori, ecc.);
- piante neutre in cui lo sviluppo degli organi generativi avviene sia con giornate lunghe che corte (calendule, uva, flox, lillà, grano saraceno, piselli, poligono, ecc.)
Le piante a giorno lungo provengono principalmente dalle latitudini settentrionali, mentre le piante a giorno corto provengono da latitudini meridionali. Nella zona tropicale, dove la durata del giorno e della notte varia poco durante l'anno, il fotoperiodo non può fungere da fattore guida per la periodicità dei processi biologici. Viene sostituito alternando stagioni secche e umide. Le specie a giorno lungo riescono a produrre un raccolto anche nella breve estate settentrionale. La formazione di una grande massa di sostanze organiche avviene in estate durante ore diurne piuttosto lunghe, che alla latitudine di Mosca possono raggiungere le 17 ore e alla latitudine di Arkhangelsk - più di 20 ore al giorno.
Anche la durata della giornata influisce in modo significativo sul comportamento degli animali. Con l'arrivo delle giornate primaverili, la cui durata aumenta progressivamente, gli uccelli sviluppano l'istinto della nidificazione, ritornano dalle regioni calde (anche se la temperatura dell'aria può essere ancora sfavorevole) e iniziano a deporre le uova; Gli animali a sangue caldo si liberano.
La riduzione della durata del giorno in autunno provoca fenomeni stagionali opposti: gli uccelli volano via, alcuni animali vanno in letargo, ad altri cresce una folta pelliccia, si formano stadi svernanti degli insetti (nonostante la temperatura ancora favorevole e l'abbondanza di cibo). In questo caso, una diminuzione della durata del giorno segnala agli organismi viventi l'imminente inizio del periodo invernale e possono prepararsi in anticipo.
Negli animali, soprattutto negli artropodi, la crescita e lo sviluppo dipendono anche dalla durata delle ore diurne. Ad esempio, la cavolaia e le falene della betulla si sviluppano normalmente solo con lunghe ore di luce diurna, mentre i bachi da seta, vari tipi di locuste e falene si sviluppano normalmente solo con brevi ore di luce del giorno. Il fotoperiodismo influenza anche i tempi di inizio e fine della stagione degli amori negli uccelli, nei mammiferi e in altri animali; sulla riproduzione, sviluppo embrionale di anfibi, rettili, uccelli e mammiferi;
I cambiamenti stagionali e giornalieri dell'illuminazione sono gli orologi più accurati, il cui corso è chiaramente regolare ed è rimasto praticamente invariato durante l'ultimo periodo dell'evoluzione.
Grazie a ciò è diventato possibile regolare artificialmente lo sviluppo di animali e piante. Ad esempio, fornire alle piante in serra, serra o vivaio 12-15 ore di luce diurna permette loro di coltivare ortaggi e piante ornamentali anche in inverno, e di accelerare la crescita e lo sviluppo delle piantine. Al contrario, ombreggiare le piante in estate accelera la comparsa di fiori o semi sulle piante autunnali a fioritura tardiva.
Estendendo la giornata grazie all'illuminazione artificiale in inverno, è possibile aumentare il periodo di deposizione delle uova di polli, oche e anatre e regolare la riproduzione degli animali da pelliccia negli allevamenti da pelliccia. Il fattore luce gioca un ruolo enorme anche in altri processi vitali degli animali. Innanzitutto, è una condizione necessaria per la visione, il loro orientamento visivo nello spazio come risultato della percezione da parte degli organi visivi dei raggi luminosi diretti, diffusi o riflessi dagli oggetti circostanti. La luce polarizzata, la capacità di distinguere i colori, di navigare grazie a fonti di luce astronomiche, le migrazioni autunnali e primaverili degli uccelli e le capacità di navigazione di altri animali sono altamente istruttive per la maggior parte degli animali.
Basandosi sul fotoperiodismo, le piante e gli animali nel processo di evoluzione hanno sviluppato cicli annuali specifici di periodi di crescita, riproduzione e preparazione all'inverno, chiamati ritmi annuali o stagionali. Questi ritmi si manifestano in cambiamenti nell'intensità della natura dei processi biologici e si ripetono ad intervalli annuali. La coincidenza dei periodi del ciclo vitale con il corrispondente periodo dell'anno è di grande importanza per l'esistenza della specie. I ritmi stagionali forniscono alle piante e agli animali le condizioni più favorevoli per la crescita e lo sviluppo.
Inoltre, i processi fisiologici delle piante e degli animali dipendono strettamente dal ritmo quotidiano, espresso da determinati ritmi biologici. Di conseguenza, i ritmi biologici ripetono periodicamente cambiamenti nell'intensità e nella natura dei processi e dei fenomeni biologici. Nelle piante, i ritmi biologici si manifestano nel movimento quotidiano di foglie, petali, cambiamenti nella fotosintesi, negli animali - nelle fluttuazioni di temperatura, nei cambiamenti nella secrezione di ormoni, nel tasso di divisione cellulare, ecc. Nell'uomo, le fluttuazioni quotidiane della frequenza respiratoria , polso, pressione sanguigna, veglia e sonno, ecc. I ritmi biologici sono reazioni ereditarie fissate, pertanto la conoscenza dei loro meccanismi è importante nell'organizzazione del lavoro e del riposo di una persona.
Temperatura
Uno dei fattori abiotici più importanti da cui dipende in gran parte l'esistenza, lo sviluppo e la distribuzione degli organismi sulla Terra [spettacolo] .
Il limite superiore della temperatura della vita sulla Terra è probabilmente 50-60°C. A tali temperature si verifica la perdita dell'attività enzimatica e della coagulazione delle proteine. Tuttavia, l’intervallo di temperatura generale della vita attiva sul pianeta è molto più ampio ed è limitato ai seguenti limiti (Tabella 1)
Tabella 1. Intervallo di temperatura della vita attiva sul pianeta, °C
Tra gli organismi che possono vivere a temperature molto elevate sono note le alghe termofile, che possono vivere in sorgenti termali a 70-80°C. I licheni cruciformi, i semi e gli organi vegetativi delle piante del deserto (saxaul, camel thorn, tulipani) situati nello strato superiore del terreno caldo tollerano con successo temperature molto elevate (65-80°C).
Esistono molte specie di animali e piante che possono resistere alle alte temperature sotto lo zero. Gli alberi e gli arbusti in Yakutia non congelano a meno 68°C. I pinguini vivono in Antartide a meno 70°C, mentre gli orsi polari, le volpi artiche e i gufi polari vivono nell'Artico. Le acque polari con temperature da 0 a -2°C sono abitate da una varietà di flora e fauna: microalghe, invertebrati, pesci, il cui ciclo vitale avviene costantemente in tali condizioni di temperatura.
L'importanza della temperatura risiede principalmente nella sua influenza diretta sulla velocità e sulla natura delle reazioni metaboliche negli organismi. Poiché le escursioni termiche giornaliere e stagionali aumentano con la distanza dall'equatore, piante e animali, adattandosi ad esse, manifestano esigenze di calore diverse.
Metodi di adattamento
- La migrazione è il trasferimento verso condizioni più favorevoli. Balene, molte specie di uccelli, pesci, insetti e altri animali migrano regolarmente durante tutto l'anno.
- L'intorpidimento è uno stato di completa immobilità, una forte diminuzione dell'attività vitale e la cessazione della nutrizione. Si osserva negli insetti, nei pesci, negli anfibi e nei mammiferi quando la temperatura ambientale diminuisce in autunno, inverno (letargo) o quando aumenta in estate nei deserti (letargo estivo).
- L'anabiosi è uno stato di forte inibizione dei processi vitali, quando le manifestazioni visibili della vita cessano temporaneamente. Questo fenomeno è reversibile. Si osserva nei microbi, nelle piante e negli animali inferiori. I semi di alcune piante possono rimanere in animazione sospesa fino a 50 anni. I microbi in uno stato di animazione sospesa formano spore, i protozoi formano cisti.
Molte piante e animali, con un'adeguata preparazione, tollerano con successo temperature estremamente basse in uno stato di profonda dormienza o di animazione sospesa. Negli esperimenti di laboratorio, semi, polline, spore di piante, nematodi, rotiferi, cisti di protozoi e altri organismi, sperma dopo disidratazione o posizionamento in soluzioni di speciali sostanze protettive - crioprotettori - tollerano temperature prossime allo zero assoluto.
Attualmente sono stati compiuti progressi nell'uso pratico di sostanze con proprietà crioprotettive (glicerina, ossido di polietilene, dimetilsolfossido, saccarosio, mannitolo, ecc.) in biologia, agricoltura e medicina. Le soluzioni crioprotettive forniscono la conservazione a lungo termine di sangue in scatola, sperma per l'inseminazione artificiale di animali da fattoria e alcuni organi e tessuti per i trapianti; protezione delle piante dalle gelate invernali, dalle gelate precoci primaverili, ecc. Questi problemi rientrano nella competenza della criobiologia e della criomedicina e sono risolti da molte istituzioni scientifiche.
- Termoregolazione. Nel processo di evoluzione, piante e animali hanno sviluppato vari meccanismi di termoregolazione:
- nelle piante
- fisiologico: l'accumulo di zucchero nelle cellule, a causa del quale aumenta la concentrazione della linfa cellulare e diminuisce il contenuto di acqua delle cellule, il che contribuisce alla resistenza al gelo delle piante. Ad esempio, nella betulla nana e nel ginepro, i rami superiori muoiono a temperature eccessivamente basse, mentre quelli striscianti svernano sotto la neve e non muoiono.
- fisico
- traspirazione stomatica: rimuove il calore in eccesso e previene le ustioni rimuovendo l'acqua (evaporazione) dal corpo della pianta
- morfologico - volto a prevenire il surriscaldamento: pubescenza fitta delle foglie per disperdere la luce solare, superficie lucida per rifletterla, riducendo la superficie che assorbe i raggi - arrotolando la lamina fogliare in un tubo (piuma, festuca), ponendo la foglia di taglio i raggi del sole (eucalipto), riducendo il fogliame (saxaul, cactus); mirato a prevenire il congelamento: forme speciali di crescita - nanismo, formazione di forme striscianti (svernamento sotto la neve), colorazione scura (aiuta ad assorbire meglio i raggi di calore e a riscaldarsi sotto la neve)
- negli animali
- a sangue freddo (poichilotermico, ectotermico) [invertebrati, pesci, anfibi e rettili] - la regolazione della temperatura corporea viene effettuata passivamente aumentando il lavoro muscolare, la struttura e il colore del tegumento, trovando luoghi in cui è possibile un intenso assorbimento della luce solare, ecc. ., ecc. .A. non possono mantenere il regime di temperatura dei processi metabolici e la loro attività dipende principalmente dal calore proveniente dall'esterno e dalla temperatura corporea, dai valori della temperatura ambiente e dal bilancio energetico (il rapporto tra assorbimento e rilascio di energia radiante).
- a sangue caldo (omeotermico, endotermico) [uccelli e mammiferi] - capace di mantenere una temperatura corporea costante indipendentemente dalla temperatura dell'ambiente. Questa proprietà rende possibile a molte specie di animali di vivere e riprodursi a temperature inferiori allo zero (renne, orsi polari, pinnipedi, pinguini). Nel processo di evoluzione, hanno sviluppato due meccanismi di termoregolazione, con l'aiuto dei quali mantengono una temperatura corporea costante: chimica e fisica. [spettacolo]
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- Il meccanismo chimico della termoregolazione è assicurato dalla velocità e dall'intensità delle reazioni redox ed è controllato di riflesso dal sistema nervoso centrale. Un ruolo importante nell'aumentare l'efficienza del meccanismo chimico di termoregolazione è stato svolto da aromorfosi come l'aspetto di un cuore a quattro camere e il miglioramento del sistema respiratorio negli uccelli e nei mammiferi.
- Il meccanismo fisico di termoregolazione è assicurato dalla comparsa di coperture termoisolanti (piume, pelliccia, grasso sottocutaneo), ghiandole sudoripare, organi respiratori, nonché dallo sviluppo di meccanismi nervosi per la regolazione della circolazione sanguigna.
Un caso speciale di omeotermia è l'eterotermia: diversi livelli di temperatura corporea a seconda dell'attività funzionale del corpo. L'eterotermia è caratteristica degli animali che cadono in letargo o in torpore temporaneo durante periodi sfavorevoli dell'anno. Allo stesso tempo, la loro elevata temperatura corporea viene notevolmente ridotta a causa del metabolismo lento (rodi, ricci, pipistrelli, pulcini veloci, ecc.).
Limiti di resistenza grandi valori del fattore temperatura sono diversi sia negli organismi poichilotermi che in quelli omeotermi.
Le specie euritermiche sono in grado di tollerare fluttuazioni di temperatura in un ampio intervallo.
Gli organismi stenotermi vivono in condizioni di limiti di temperatura ristretti, essendo divisi in specie stenotermi amanti del calore (orchidee, piante di tè, caffè, coralli, meduse, ecc.) e specie stenotermi amanti del freddo (cedro elfico, vegetazione preglaciale e della tundra, pesci dei bacini polari, degli animali abissali - le zone di maggiore profondità oceanica, ecc.).
Per ogni organismo o gruppo di individui esiste una zona di temperatura ottimale all'interno della quale l'attività è particolarmente ben espressa. Al di sopra di questa zona c'è una zona di torpore termico temporaneo, e ancora più in alto c'è una zona di inattività prolungata o letargo estivo, al confine con una zona di alta temperatura letale. Quando quest'ultima scende al di sotto dell'ottimale, si ha una zona di torpore freddo, ibernazione e bassa temperatura letale.
La distribuzione degli individui nella popolazione, a seconda dei cambiamenti del fattore temperatura sul territorio, obbedisce generalmente allo stesso schema. La zona di temperatura ottimale corrisponde alla densità di popolazione più alta, e su entrambi i lati si osserva una diminuzione della densità fino al limite dell'intervallo, dove è più bassa.
Il fattore temperatura su una vasta area della Terra è soggetto a pronunciate fluttuazioni giornaliere e stagionali, che a loro volta determinano il ritmo corrispondente dei fenomeni biologici in natura. A seconda dell'apporto di energia termica nelle aree simmetriche di entrambi gli emisferi del globo, a partire dall'equatore, si distinguono le seguenti zone climatiche:
- zona tropicale. La temperatura media annuale minima supera i 16° C, nei giorni più freddi non scende sotto gli 0° C. Le oscillazioni della temperatura nel tempo sono insignificanti, l'ampiezza non supera i 5° C. La vegetazione è tutto l'anno.
- Zona subtropicale. La temperatura media del mese più freddo non è inferiore a 4° C, quella più calda è superiore a 20° C. Le temperature sotto lo zero sono rare. In inverno non esiste un manto nevoso stabile. La stagione di crescita dura 9-11 mesi.
- Zona temperata. La stagione di crescita estiva e il periodo di riposo invernale delle piante sono ben definiti. La parte principale della zona ha un manto nevoso stabile. Le gelate sono tipiche in primavera e autunno. A volte questa zona è divisa in due: moderatamente calda e moderatamente fredda, caratterizzate da quattro stagioni.
- Zona fredda. La temperatura media annuale è inferiore a O° C, sono possibili gelate anche durante una stagione di crescita breve (2-3 mesi). La fluttuazione annuale della temperatura è molto ampia.
Anche il modello di distribuzione verticale della vegetazione, del suolo e della fauna nelle aree montane è determinato principalmente dal fattore temperatura. Nelle montagne del Caucaso, dell'India e dell'Africa si possono distinguere quattro o cinque fasce vegetali, la cui sequenza dal basso verso l'alto corrisponde alla sequenza delle zone latitudinali dall'equatore al polo alla stessa altitudine.
Umidità
Un fattore ambientale caratterizzato dal contenuto di acqua nell'aria, nel suolo e negli organismi viventi. In natura esiste un ritmo quotidiano dell'umidità: aumenta di notte e diminuisce durante il giorno. Insieme alla temperatura e alla luce, l'umidità gioca un ruolo importante nella regolazione dell'attività degli organismi viventi. La fonte d'acqua per piante e animali sono principalmente le precipitazioni e le acque sotterranee, nonché la rugiada e la nebbia.
L'umidità è una condizione necessaria per l'esistenza di tutti gli organismi viventi sulla Terra. La vita ha avuto origine nell'ambiente acquatico. Gli abitanti della terra dipendono ancora dall’acqua. Per molte specie di animali e piante l’acqua continua ad essere un habitat. L'importanza dell'acqua nei processi vitali è determinata dal fatto che è l'ambiente principale della cellula in cui si svolgono i processi metabolici ed è il prodotto iniziale, intermedio e finale più importante delle trasformazioni biochimiche. L'importanza dell'acqua è determinata anche dal suo contenuto quantitativo. Gli organismi viventi sono costituiti da almeno 3/4 di acqua.
In relazione all'acqua, le piante superiori sono divise in
- idrofite - piante acquatiche (ninfea, punta di freccia, lenticchia d'acqua);
- igrofite - abitanti di luoghi eccessivamente umidi (calamus, orologio);
- mesofiti - piante con condizioni di umidità normali (mughetto, valeriana, lupino);
- xerofite - piante che vivono in condizioni di carenza di umidità costante o stagionale (saxaul, camel thorn, efedra) e le loro varietà - piante grasse (cactus, euforbia).
Adattamenti alla vita in ambienti disidratati e ambienti con periodica mancanza di umidità Una caratteristica importante dei principali fattori climatici (luce, temperatura, umidità) è la loro naturale variabilità durante il ciclo annuale e anche giornaliero, nonché in base alla zonazione geografica. A questo proposito, anche gli adattamenti degli organismi viventi hanno un carattere regolare e stagionale. L'adattamento degli organismi alle condizioni ambientali può essere rapido e reversibile o piuttosto lento, a seconda della profondità dell'esposizione al fattore. Come risultato della loro attività vitale, gli organismi sono in grado di modificare le condizioni di vita abiotiche. Ad esempio, le piante della fascia inferiore si trovano in condizioni di minore luce; i processi di decomposizione delle sostanze organiche che avvengono nei corpi idrici spesso causano carenza di ossigeno per altri organismi. A causa dell'attività degli organismi acquatici, cambiano la temperatura e i regimi dell'acqua, la quantità di ossigeno, anidride carbonica, pH dell'ambiente, composizione spettrale della luce, ecc. Ambiente atmosferico e sua composizione gassosa
Lo sviluppo dell'ambiente aereo da parte degli organismi è iniziato dopo aver raggiunto la terra. La vita nell'aria richiedeva adattamenti specifici e un alto livello di organizzazione di piante e animali. Bassa densità e contenuto di acqua, alto contenuto di ossigeno, facilità di movimento delle masse d'aria, sbalzi di temperatura, ecc. hanno influenzato in modo significativo il processo di respirazione, lo scambio d'acqua e il movimento degli esseri viventi. La stragrande maggioranza degli animali terrestri ha acquisito la capacità di volare nel corso dell'evoluzione (75% di tutte le specie di animali terrestri). Molte specie sono caratterizzate da ansmocoria: dispersione con l'aiuto di correnti d'aria (spore, semi, frutti, cisti protozoarie, insetti, ragni, ecc.). Alcune piante sono state impollinate dal vento. Per il successo dell'esistenza degli organismi sono importanti non solo le proprietà fisiche, ma anche quelle chimiche dell'aria e il contenuto dei componenti gassosi necessari per la vita. Ossigeno. Per la stragrande maggioranza degli organismi viventi, l’ossigeno è vitale. In un ambiente privo di ossigeno possono crescere solo i batteri anaerobici. L'ossigeno garantisce l'attuazione di reazioni esotermiche, durante le quali viene rilasciata l'energia necessaria per la vita degli organismi. È l'accettore finale di elettroni, che viene separato dall'atomo di idrogeno nel processo di scambio di energia. In uno stato chimicamente legato, l'ossigeno fa parte di molti composti organici e minerali molto importanti degli organismi viventi. Il suo ruolo come agente ossidante nel ciclo dei singoli elementi della biosfera è enorme. Gli unici produttori di ossigeno libero sulla Terra sono le piante verdi, che lo formano durante la fotosintesi. Una certa quantità di ossigeno si forma a seguito della fotolisi del vapore acqueo da parte dei raggi ultravioletti all'esterno dello strato di ozono. L'assorbimento di ossigeno da parte di organismi provenienti dall'ambiente esterno avviene su tutta la superficie del corpo (protozoi, vermi) o attraverso speciali organi respiratori: trachea (insetti), branchie (pesci), polmoni (vertebrati).
L'ossigeno è legato chimicamente e trasportato in tutto il corpo da speciali pigmenti del sangue: emoglobina (vertebrati), emociapina (molluschi, crostacei). Gli organismi che vivono in condizioni di costante mancanza di ossigeno hanno sviluppato adattamenti adeguati: aumento della capacità di ossigeno del sangue, movimenti respiratori più frequenti e più profondi, grande volume polmonare (negli abitanti degli altipiani, negli uccelli) o diminuzione dell'uso dell'ossigeno da parte dei tessuti a causa di un aumento della quantità di mioglobina - un accumulatore di ossigeno nei tessuti (negli abitanti dell'ambiente acquatico). A causa dell'elevata solubilità di CO 2 e O 2 nell'acqua, il loro contenuto relativo qui è maggiore (2-3 volte) che nell'aria (Fig. 1). Questa circostanza è molto importante per gli idrobionici, che utilizzano l'ossigeno disciolto per la respirazione o la CO 2 per la fotosintesi (fototrofi acquatici). Diossido di carbonio. La quantità normale di questo gas nell'aria è piccola: 0,03% (in volume) o 0,57 mg/l. Di conseguenza, anche piccole fluttuazioni nel contenuto di CO 2 si riflettono in modo significativo nel processo di fotosintesi, che dipende direttamente da esso. Le principali fonti di CO 2 che entrano nell'atmosfera sono la respirazione di animali e piante, processi di combustione, eruzioni vulcaniche, attività di microrganismi e funghi del suolo, imprese industriali e trasporti. Avendo la proprietà di assorbire nella regione dell'infrarosso dello spettro, l'anidride carbonica influenza i parametri ottici e il regime di temperatura dell'atmosfera, provocando il noto “effetto serra”. Un aspetto ambientale importante è l'aumento della solubilità dell'ossigeno e dell'anidride carbonica nell'acqua al diminuire della sua temperatura. Ecco perché la fauna dei bacini idrici delle latitudini polari e subpolari è molto abbondante e diversificata, principalmente a causa della maggiore concentrazione di ossigeno nell'acqua fredda. La dissoluzione dell'ossigeno nell'acqua, come qualsiasi altro gas, obbedisce alla legge di Henry: è inversamente proporzionale alla temperatura e si arresta quando viene raggiunto il punto di ebollizione. Nelle acque calde delle piscine tropicali, una ridotta concentrazione di ossigeno disciolto limita la respirazione, e quindi l'attività vitale e il numero degli animali acquatici. Recentemente si è verificato un notevole deterioramento del regime di ossigeno di molti corpi idrici, causato da un aumento della quantità di inquinanti organici, la cui distruzione richiede grandi quantità di ossigeno. Zonizzazione della distribuzione degli organismi viventi
Zonizzazione geografica (latitudinale). Nella direzione latitudinale da nord a sud, sul territorio della Federazione Russa si trovano successivamente le seguenti zone naturali: tundra, taiga, foresta decidua, steppa, deserto. Tra gli elementi climatici che determinano la zonalità della distribuzione e distribuzione degli organismi, il ruolo principale è giocato dai fattori abiotici: temperatura, umidità, condizioni di luce. I cambiamenti zonali più evidenti si manifestano nella natura della vegetazione, la componente principale della biocenosi. Ciò, a sua volta, è accompagnato da cambiamenti nella composizione degli animali: consumatori e distruttori di residui organici nelle catene alimentari. Tundra- una pianura fredda e senza alberi dell'emisfero settentrionale. Le sue condizioni climatiche sono inadatte alla crescita delle piante e alla decomposizione dei residui organici (permafrost, temperature relativamente basse anche in estate, brevi periodi di temperature sopra lo zero). Qui si sono formate biocenosi uniche, piccole nella composizione delle specie (muschi, licheni). A questo proposito, la produttività della biocenosi della tundra è bassa: 5-15 c/ha di sostanza organica all'anno. Zona taiga caratterizzato da condizioni pedoclimatiche relativamente favorevoli, soprattutto per le specie di conifere. Qui si sono formate biocenosi ricche e altamente produttive. La formazione annua di sostanza organica è di 15-50 q/ha. Le condizioni della zona temperata hanno portato alla formazione di biocenosi complesse foreste decidue con la più alta produttività biologica della Federazione Russa (fino a 60 q/ha all'anno). Le varietà di foreste decidue sono boschi di querce, boschi di faggio-acero, boschi misti, ecc. Tali boschi sono caratterizzati da un sottobosco arbustivo ed erbaceo ben sviluppato, che facilita l'insediamento di fauna di vario tipo e numero. Steppe- una zona naturale della zona temperata degli emisferi terrestri, caratterizzata da un insufficiente approvvigionamento idrico, quindi qui predomina la vegetazione erbacea, principalmente cerealicola (erba piuma, festuca, ecc.). La fauna è varia e ricca (volpe, lepre, criceto, topi, numerosi uccelli, soprattutto migratori). La zona della steppa contiene le aree più importanti per la produzione di grano, colture industriali, colture orticole e bestiame. La produttività biologica di questa zona naturale è relativamente elevata (fino a 50 q/ha all'anno). Deserti predominano in Asia centrale. A causa delle scarse precipitazioni e delle alte temperature estive, la vegetazione occupa meno della metà del territorio di questa zona e presenta adattamenti specifici alle condizioni di siccità. La fauna è varia, le sue caratteristiche biologiche sono state discusse in precedenza. La formazione annua di materia organica nella zona desertica non supera i 5 c/ha (Fig. 107). Salinità dell'ambiente Salinità dell'ambiente acquatico caratterizzato dal contenuto di sali solubili in esso. L'acqua dolce contiene 0,5-1,0 g/l e l'acqua di mare contiene 10-50 g/l di sali. La salinità dell'ambiente acquatico è importante per i suoi abitanti. Esistono animali adattati a vivere solo in acqua dolce (ciprinidi) o solo in acqua di mare (aringhe). In alcuni pesci, le fasi individuali dello sviluppo individuale si svolgono a diverse salinità dell'acqua, ad esempio l'anguilla comune vive in corpi d'acqua dolce e migra verso il Mar dei Sargassi per deporre le uova. Tali abitanti acquatici necessitano di un'adeguata regolazione dell'equilibrio salino nel corpo.
Meccanismi di regolazione della composizione ionica degli organismi. Gli animali terrestri sono costretti a regolare la composizione salina dei loro tessuti liquidi per mantenere l'ambiente interno in uno stato ionico chimicamente invariato costante o quasi costante. Il modo principale per mantenere l’equilibrio salino negli organismi acquatici e nelle piante terrestri è evitare habitat con salinità inadeguata. Tali meccanismi devono funzionare in modo particolarmente intenso e preciso nei pesci migratori (salmone, salmone, salmone rosa, anguilla, storione), che si spostano periodicamente dall'acqua di mare all'acqua dolce o viceversa. La regolazione osmotica avviene più semplicemente nell'acqua dolce. È noto che in questi ultimi la concentrazione di ioni è molto inferiore rispetto ai tessuti liquidi. Secondo le leggi dell'osmosi, l'ambiente esterno entra nelle cellule secondo un gradiente di concentrazione attraverso membrane semipermeabili e si verifica una sorta di “diluizione” del contenuto interno. Se tale processo non fosse controllato, il corpo potrebbe gonfiarsi e morire. Tuttavia, gli organismi d'acqua dolce hanno organi che rimuovono l'acqua in eccesso. La conservazione degli ioni necessari per la vita è facilitata dal fatto che l'urina di tali organismi è piuttosto diluita (Fig. 2, a). La separazione di una soluzione così diluita dai fluidi interni richiede probabilmente il lavoro chimico attivo di cellule o organi specializzati (reni) e il loro consumo di una quota significativa dell'energia metabolica basale totale. Al contrario, gli animali marini e i pesci bevono e assorbono solo acqua di mare, reintegrando così il suo costante rilascio dall'organismo nell'ambiente esterno, caratterizzato da un elevato potenziale osmotico. In questo caso, gli ioni monovalenti dell'acqua salata vengono attivamente rimossi dalle branchie verso l'esterno e gli ioni bivalenti dai reni (Fig. 2, b). Le cellule spendono molta energia pompando l'acqua in eccesso, quindi quando la salinità aumenta e l'acqua nel corpo diminuisce, gli organismi di solito passano a uno stato inattivo: anabiosi salina. Questo è tipico delle specie che vivono in pozze d'acqua di mare periodicamente essiccate, estuari e zone litorali (rotiferi, anfipodi, flagellati, ecc.) Salinità della crosta superioreè determinato dal contenuto di ioni potassio e sodio in esso contenuti e, come la salinità dell'ambiente acquatico, è importante per i suoi abitanti e, prima di tutto, per le piante che si adattano adeguatamente ad esso. Questo fattore non è casuale per le piante; le accompagna durante il processo evolutivo. La cosiddetta vegetazione salina (solyanka, liquirizia, ecc.) è limitata a terreni con un alto contenuto di potassio e sodio. Lo strato superiore della crosta terrestre è il suolo. Oltre alla salinità del suolo, si distinguono altri indicatori: acidità, regime idrotermale, aerazione del suolo, ecc. Insieme al rilievo, queste proprietà della superficie terrestre, chiamate fattori ambientali edafici, hanno un impatto ecologico sui suoi abitanti. Fattori ambientali edafici Proprietà della superficie terrestre che hanno un impatto ambientale sui suoi abitanti.
A seconda dei fattori edafici, si possono distinguere numerosi gruppi ecologici di piante. In base alla reazione all'acidità della soluzione del terreno si distinguono:
In relazione alla composizione chimica del terreno, le piante si dividono in
In relazione alle singole batterie
In relazione alla composizione meccanica
Il terreno e la natura del suolo influenzano in modo significativo il movimento specifico degli animali e la distribuzione delle specie le cui attività vitali sono temporaneamente o permanentemente associate al suolo. La natura dell'apparato radicale (profondo, superficiale) e lo stile di vita della fauna del suolo dipendono dal regime idrotermale dei suoli, dalla loro aerazione, dalla composizione meccanica e chimica. La composizione chimica del suolo e la diversità dei suoi abitanti influiscono sulla sua fertilità. I più fertili sono i terreni chernozem ricchi di humus. In quanto fattore abiotico, il rilievo influenza la distribuzione dei fattori climatici e, quindi, la formazione della flora e della fauna corrispondenti. Ad esempio, sui pendii meridionali delle colline o delle montagne c'è sempre una temperatura più alta, una migliore illuminazione e, di conseguenza, meno umidità. | |||
Fattori abiotici nominare l'intero insieme di fattori nell'ambiente inorganico che influenzano la vita e la distribuzione di animali e piante (V.I. Korobkin, L.V. Peredelsky, 2000).
Fattori chimici- sono quelli che hanno origine dalla composizione chimica dell'ambiente. Includono la composizione chimica dell'atmosfera, dell'acqua e del suolo, ecc.
Fattori fisici- sono quelli la cui origine è uno stato o fenomeno fisico (meccanico, ondulatorio, ecc.). Questi sono temperatura, pressione, vento, umidità, regime di radiazione, ecc. La struttura della superficie, le differenze geologiche e climatiche determinano un'ampia varietà di fattori abiotici.
Tra i fattori ambientali chimici e fisici si distinguono tre gruppi di fattori: fattori climatici, di copertura del suolo (edafici) e fattori dell'ambiente acquatico.
I. Il più importante fattori climatici:
1. Energia radiante del sole.
I raggi infrarossi (lunghezza d'onda superiore a 0,76 micron) sono di primaria importanza per la vita e rappresentano il 45% dell'energia totale del Sole. Nei processi di fotosintesi, il ruolo più importante è svolto dai raggi ultravioletti (lunghezza d'onda fino a 0,4 micron), che costituiscono il 7% dell'energia della radiazione solare. Il resto dell'energia si trova nella parte visibile dello spettro con una lunghezza d'onda compresa tra 0,4 e 0,76 micron.
2. Illuminazione della superficie terrestre.
Svolge un ruolo importante per tutti gli esseri viventi e gli organismi sono fisiologicamente adattati al ciclo del giorno e della notte. Quasi tutti gli animali hanno ritmi quotidiani di attività associati al cambiamento del giorno e della notte.
3. Umidità dell'aria ambiente.
Associato alla saturazione dell'aria con vapore acqueo. Fino al 50% dell'umidità atmosferica è concentrata negli strati inferiori dell'atmosfera (fino a 2 km di altitudine).
La quantità di vapore acqueo nell'aria dipende dalla temperatura dell'aria. Per una temperatura specifica esiste un certo limite di saturazione dell'aria con vapore acqueo, che è chiamato massimo. La differenza tra la saturazione massima e quella data dell'aria con il vapore acqueo è chiamata deficit di umidità (mancanza di saturazione). La carenza di umidità è un parametro ambientale importante, poiché caratterizza due grandezze: temperatura e umidità.
È noto che un aumento della carenza di umidità in determinati periodi della stagione di crescita favorisce un aumento della fruttificazione delle piante e in alcuni insetti porta a focolai di riproduzione.
4. Precipitazione.
A causa della condensazione e della cristallizzazione del vapore acqueo negli alti strati dell'atmosfera, si formano nuvole e precipitazioni. Rugiada e nebbia si formano nello strato terrestre.
L'umidità è il fattore principale che determina la divisione degli ecosistemi in foresta, steppa e deserto. Le precipitazioni annue inferiori a 1000 mm corrispondono alla zona di stress per molte specie arboree e il limite di tolleranza della maggior parte di esse è di circa 750 mm/anno. Allo stesso tempo, per la maggior parte dei cereali questo limite è molto più basso - circa 250 mm/anno, e i cactus e altre piante del deserto sono in grado di crescere con 50-100 mm di precipitazioni all'anno. Di conseguenza, in luoghi con precipitazioni superiori a 750 mm/anno, di solito si sviluppano foreste, da 250 a 750 mm/anno - steppe di cereali, e dove le precipitazioni sono ancora minori, la vegetazione è rappresentata da colture resistenti alla siccità: cactus, assenzio e erba cipollina. specie. A valori intermedi delle precipitazioni annuali si sviluppano ecosistemi di tipo transitorio (steppa forestale, semi-deserto, ecc.).
Il regime delle precipitazioni è il fattore più importante che determina la migrazione degli inquinanti nella biosfera. Le precipitazioni sono uno degli anelli del ciclo dell’acqua sulla Terra.
5. Composizione dei gas dell'atmosfera.
È relativamente costante e comprende prevalentemente azoto e ossigeno con una miscela di anidride carbonica, argon e altri gas. Inoltre, gli strati superiori dell'atmosfera contengono ozono. Nell'aria atmosferica sono presenti anche particelle solide e liquide.
L'azoto è coinvolto nella formazione di strutture proteiche negli organismi; l'ossigeno fornisce processi ossidativi; l'anidride carbonica è coinvolta nella fotosintesi e costituisce uno smorzatore naturale della radiazione termica terrestre; L'ozono è uno schermo per le radiazioni ultraviolette. Le particelle solide e liquide influiscono sulla trasparenza dell'atmosfera, impedendo il passaggio della luce solare sulla superficie terrestre.
6. Temperatura sulla superficie del globo.
Questo fattore è strettamente correlato alla radiazione solare. La quantità di calore che cade su una superficie orizzontale è direttamente proporzionale al seno dell'angolo del Sole sopra l'orizzonte. Pertanto, nelle stesse aree si osservano fluttuazioni della temperatura giornaliera e stagionale. Maggiore è la latitudine della zona (nord e sud dell'equatore), maggiore è l'angolo di inclinazione dei raggi solari rispetto alla superficie terrestre e più freddo è il clima.
La temperatura, come le precipitazioni, è molto importante nel determinare la natura di un ecosistema, sebbene la temperatura giochi in un certo senso un ruolo secondario rispetto alle precipitazioni. Pertanto, quando la loro quantità è pari o superiore a 750 mm/anno, si sviluppano comunità forestali e la temperatura determina soltanto il tipo di foresta che si formerà nella regione. Ad esempio, le foreste di abeti rossi e abeti sono tipiche delle regioni fredde con una forte copertura nevosa in inverno e una breve stagione di crescita, cioè per il nord o l'alta montagna. Anche gli alberi decidui sono in grado di resistere agli inverni gelidi, ma richiedono una stagione di crescita più lunga e quindi predominano alle latitudini temperate. Nei tropici (vicino all'equatore) dominano potenti specie di latifoglie sempreverdi a crescita rapida, incapaci di resistere anche a gelate a breve termine. Allo stesso modo, qualsiasi territorio con una precipitazione annua inferiore a 250 mm è un deserto, ma in termini di biota, i deserti nella zona calda differiscono significativamente da quelli caratteristici delle regioni fredde.
7. Movimento delle masse d'aria (vento).
La causa del vento è il riscaldamento ineguale della superficie terrestre associato ai cambiamenti di pressione. Il flusso del vento è diretto verso una pressione più bassa, cioè dove l'aria è più calda. Nello strato superficiale dell'aria, il movimento delle masse d'aria influisce su tutti i parametri: umidità, ecc.
Il vento è il fattore più importante nel trasferimento e nella distribuzione delle impurità nell'atmosfera.
8. Pressione atmosferica.
Una pressione normale è 1 kPa, corrispondente a 750,1 mm. rt. Arte. All'interno del globo ci sono aree costanti di alta e bassa pressione e negli stessi punti si osservano minimi e massimi di pressione stagionale e giornaliera.
II. Fattori abiotici della copertura del suolo (edafici)
Fattori edafici- questo è un insieme di proprietà chimiche, fisiche e di altro tipo dei suoli che influenzano sia gli organismi che vivono in essi sia il sistema radicale delle piante. Di questi, i fattori ambientali più importanti sono l'umidità, la temperatura, la struttura e la porosità, la reazione dell'ambiente del suolo e la salinità.
Nella comprensione moderna, il suolo è una formazione storica naturale nata a seguito di cambiamenti nello strato superficiale della litosfera mediante l'influenza combinata di acqua, aria e organismi viventi (V. Korobkin, L. Peredelsky). Il terreno è fertile, cioè dà vita alle piante e, quindi, cibo agli animali e all'uomo. È costituito da componenti solidi, liquidi e gassosi; contiene macro e microrganismi viventi (vegetali e animali).
La componente solida è rappresentata da parti minerali e organiche. Nel suolo sono presenti la maggior parte dei minerali primari rimasti dalla roccia madre, e una minore quantità dei minerali secondari formatisi a seguito della decomposizione di quelli primari. Questi sono minerali argillosi di dimensioni colloidali, nonché minerali salini: carbonati, solfati, ecc.
La parte organica è rappresentata dall'humus, cioè materia organica complessa formata a seguito della decomposizione di materia organica morta. Il suo contenuto nel suolo varia dai decimi al 22%. Svolge un ruolo importante nella fertilità del suolo grazie ai nutrienti che contiene.
Il biota del suolo è rappresentato dalla fauna e dalla flora. La fauna è lombrichi, pidocchi di legno, ecc., La flora è funghi, batteri, alghe, ecc.
L'intera componente liquida dei suoli è chiamata soluzione del suolo. Può contenere composti chimici: nitrati, bicarbonati, fosfati, ecc., nonché acidi organici idrosolubili, loro sali, zuccheri. La composizione e la concentrazione della soluzione del suolo determinano la reazione dell'ambiente, il cui indicatore è il valore del pH.
L’aria del suolo ha un alto contenuto di CO2, idrocarburi e vapore acqueo. Tutti questi elementi determinano le proprietà chimiche del terreno.
Tutte le proprietà del suolo dipendono non solo da fattori climatici, ma anche dall'attività vitale degli organismi del suolo, che lo mescolano meccanicamente e lo elaborano chimicamente, creando infine le condizioni necessarie per se stessi. Con la partecipazione degli organismi nel suolo, si verifica un ciclo costante di sostanze e una migrazione di energia. Il ciclo delle sostanze nel suolo può essere rappresentato come segue (V.A. Radkevich).
Le piante sintetizzano la materia organica e gli animali ne eseguono la distruzione meccanica e biochimica e, per così dire, la preparano per la formazione dell'humus. I microrganismi sintetizzano l'humus del suolo e poi lo decompongono.
Il suolo fornisce l’approvvigionamento idrico alle piante. L'importanza del suolo nell'approvvigionamento idrico delle piante è tanto maggiore quanto più facilmente fornisce loro acqua. Ciò dipende dalla struttura del terreno e dal grado di rigonfiamento delle sue particelle.
La struttura del suolo deve essere intesa come un complesso di aggregati di terreno di varie forme e dimensioni, formati dagli elementi meccanici primari del suolo. Si distinguono le seguenti strutture del suolo: granulare, limoso, nocciolato, grumoso, a blocchi.
La funzione principale delle piante superiori nel processo di formazione del suolo è la sintesi della materia organica. Questa materia organica si accumula nelle parti aeree e sotterranee delle piante durante il processo di fotosintesi e, dopo la loro morte, passa nel terreno e subisce la mineralizzazione. La velocità dei processi di mineralizzazione della materia organica e la composizione dei composti risultanti dipendono in gran parte dal tipo di vegetazione. I prodotti di decomposizione di aghi, foglie e legno d'erba sono diversi sia nella composizione chimica che nella loro influenza sul processo di formazione del suolo. In combinazione con altri fattori, ciò porta alla formazione di diversi tipi di terreno.
La funzione principale degli animali nel processo di formazione del suolo è il consumo e la distruzione della materia organica, nonché la ridistribuzione delle riserve energetiche. Gli animali mobili del suolo svolgono un ruolo importante nei processi di formazione del suolo. Allentano il terreno, creano le condizioni per la sua aerazione e spostano meccanicamente le sostanze organiche e inorganiche nel terreno. Ad esempio, i lombrichi gettano sulla superficie fino a 80-90/ha di materiale, mentre i roditori delle steppe spostano su e giù centinaia di m3 di terreno e materia organica.
L'influenza delle condizioni climatiche sui processi di formazione del suolo è senza dubbio grande. La quantità di precipitazioni, la temperatura e l'afflusso di energia radiante - luce e calore - determinano la formazione della massa vegetale e la velocità di decomposizione dei residui vegetali, da cui dipende il contenuto di humus nel terreno.
Come risultato del movimento e della trasformazione delle sostanze, il suolo viene suddiviso in strati separati, o orizzonti, la cui combinazione costituisce il profilo del suolo.
L'orizzonte superficiale, lettiera o tappeto erboso, è costituito principalmente da foglie, rami, resti di animali, funghi e altra materia organica appena caduti e parzialmente decomposti. Di solito dipinto in un colore scuro: marrone o nero. L'orizzonte humus A1 sottostante è solitamente una miscela porosa di materia organica parzialmente decomposta (humus), organismi viventi e alcune particelle inorganiche. Di solito è più scuro e più sciolto rispetto agli orizzonti inferiori. La maggior parte della materia organica del suolo e delle radici delle piante sono concentrate in questi due orizzonti superiori.
Il suo colore può dire molto sulla fertilità del suolo. Ad esempio, un orizzonte di humus marrone scuro o nero è ricco di materia organica e azoto. I terreni grigi, gialli o rossi hanno poca materia organica e richiedono fertilizzanti azotati per aumentare la loro resa.
Nei suoli forestali, sotto l'orizzonte A1 si trova l'orizzonte podzolico A2 a bassa fertilità, che ha un'ombra chiara e una struttura fragile. Nel chernozem, nel castagno scuro, nel castagno e in altri tipi di terreno questo orizzonte è assente. Ancora più profondo in molti tipi di terreno è l'orizzonte B: l'orizzonte illuviale o inondato. Le sostanze minerali e organiche provenienti dagli orizzonti sovrastanti vi vengono dilavate e vi si accumulano. Molto spesso è di colore marrone e ha un'alta densità. Ancora più in basso si trova la roccia madre C, sulla quale si forma il terreno.
Struttura e porosità determinare la disponibilità di nutrienti per le piante e gli animali del suolo. Le particelle del suolo legate insieme da forze molecolari formano la struttura del suolo. Tra di loro si formano dei vuoti chiamati pori. La struttura e la porosità del terreno garantiscono una buona aerazione. L'aria del suolo, come l'acqua del suolo, si trova nei pori tra le particelle del suolo. La porosità aumenta dalle argille agli argille e alle sabbie. Lo scambio di gas libero avviene tra il suolo e l'atmosfera, per cui la composizione del gas di entrambi gli ambienti è simile. Solitamente, a causa della respirazione degli organismi che la abitano, l'aria del suolo contiene leggermente meno ossigeno e più anidride carbonica rispetto all'aria atmosferica. L'ossigeno è necessario per le radici delle piante, gli animali del suolo e gli organismi decompositori che decompongono la materia organica in componenti inorganici. Se si verifica un ristagno idrico, l’aria del suolo viene spostata dall’acqua e le condizioni diventano anaerobiche. Il terreno diventa gradualmente acido poiché gli organismi anaerobici continuano a produrre anidride carbonica. Il terreno, se non è ricco di basi, può diventare estremamente acido e questo, insieme all'esaurimento delle riserve di ossigeno, ha un effetto negativo sui microrganismi del suolo. Condizioni anaerobiche prolungate portano alla morte delle piante.
Temperatura il suolo dipende dalla temperatura esterna e, a una profondità di 0,3 m, a causa della bassa conduttività termica, l'ampiezza delle sue fluttuazioni è inferiore a 20°C (Yu.V. Novikov, 1979), il che è importante per gli animali del suolo (non è necessario muoversi su e giù alla ricerca di una temperatura più confortevole). In estate la temperatura del suolo è inferiore a quella dell'aria, mentre in inverno è più elevata.
I fattori chimici includono la reazione ambientale e la salinità. Reazione ambientale molto importante per molte piante e animali. Nei climi secchi predominano i terreni neutri e alcalini; nelle zone umide predominano i terreni acidi. Le basi assorbite, gli acidi e i vari sali nel processo della loro interazione con l'acqua creano una certa concentrazione di ioni H+ - e OH- -, che determinano l'una o l'altra reazione del terreno. Solitamente si distingue tra terreni con reazioni neutre, acide e alcaline.
L'alcalinità del suolo è dovuta alla presenza principalmente di ioni Na+ - nel complesso assorbente. Tale terreno, a contatto con acqua contenente CO2, dà una reazione alcalina pronunciata, associata alla formazione di soda.
Nei casi in cui il complesso di assorbimento del suolo è saturo di Ca2+ e Mg2+, la sua reazione è quasi neutra. Allo stesso tempo, è noto che il carbonato di calcio nell'acqua pura e nell'acqua priva di CO2 conferisce una forte alcalinità. Ciò è spiegato dal fatto che con un aumento del contenuto di CO2 nella soluzione del suolo, la solubilità del calcio (2+) aumenta con la formazione di bicarbonato, che porta ad una diminuzione del pH. Ma con una quantità media di CO2 nel terreno, la reazione diventa leggermente alcalina.
Durante la decomposizione dei residui vegetali, in particolare dei rifiuti forestali, si formano acidi organici che reagiscono con i cationi assorbiti dal suolo. I terreni acidi hanno una serie di proprietà negative, motivo per cui sono sterili. In un tale ambiente, l'attività benefica attiva della microflora del suolo viene soppressa. Per aumentare la fertilità del suolo è ampiamente praticato l’uso della calce.
L'elevata alcalinità inibisce la crescita delle piante e le sue proprietà fisiche dell'acqua si deteriorano drasticamente, distrugge la struttura, migliora la mobilità e la rimozione dei colloidi. Molti cereali danno il miglior raccolto su terreni neutri e leggermente alcalini (orzo, grano), che di solito sono chernozem.
Nelle aree con umidità atmosferica insufficiente, sono comuni salato suolo. I terreni con un contenuto in eccesso di sali solubili in acqua (cloruri, solfati, carbonati) sono chiamati salini. Si presentano come risultato della salinizzazione secondaria del suolo durante l'evaporazione delle acque sotterranee, il cui livello è salito fino agli orizzonti del suolo. Tra i terreni salini si distinguono solonchak e solonetzes. Le paludi salmastre si trovano in Kazakistan e in Asia centrale, lungo le rive di fiumi salati. La salinizzazione del suolo porta ad un calo dei rendimenti agricoli. I lombrichi, anche con un basso grado di salinità del suolo, non possono sopravvivere a lungo.
Le piante che vivono in terreni salini sono chiamate alofite. Alcuni di loro secernono sali in eccesso attraverso le foglie o li accumulano nel loro corpo. Ecco perché a volte vengono utilizzati per produrre soda e potassa.
L'acqua occupa la parte predominante della biosfera terrestre (71% della superficie totale della terra).
I fattori abiotici più importanti dell’ambiente acquatico sono i seguenti:
1. Densità e viscosità.
La densità dell'acqua è 800 volte e la viscosità è circa 55 volte maggiore dell'aria.
2. Capacità termica.
L'acqua ha un'elevata capacità termica, quindi l'oceano è il principale ricevitore e accumulatore di energia solare.
3. Mobilità.
Il movimento costante delle masse d'acqua aiuta a mantenere la relativa omogeneità delle proprietà fisiche e chimiche.
4. Stratificazione della temperatura.
Un cambiamento nella temperatura dell'acqua si osserva lungo la profondità del corpo idrico.
5. Cambiamenti di temperatura periodici (annuali, giornalieri, stagionali).
La temperatura dell'acqua più bassa è considerata -20°C, la più alta + 35-370°C. La dinamica delle fluttuazioni della temperatura dell'acqua è inferiore a quella dell'aria.
6. Trasparenza dell'acqua.
Determina il regime di luce sotto la superficie dell'acqua. La fotosintesi dei batteri verdi, del fitoplancton, delle piante superiori e, di conseguenza, l'accumulo di materia organica dipende dalla trasparenza (e dalla sua caratteristica inversa, la torbidità).
Torbidità e trasparenza dipendono dal contenuto di sostanze sospese nell'acqua, comprese quelle che entrano nei corpi idrici insieme agli scarichi industriali. A questo proposito, la trasparenza e il contenuto di solidi sospesi sono le caratteristiche più importanti delle acque naturali e reflue soggette a controllo in un'impresa industriale.
7. Salinità dell'acqua.
Il contenuto di carbonati, solfati e cloruri nell'acqua è di grande importanza per gli organismi viventi. Ci sono pochi sali nelle acque dolci e predominano i carbonati. Le acque oceaniche contengono in media 35 g/l di sali, il Mar Nero - 19 g/l, il Caspio - circa 14 g/l. Qui predominano cloruri e solfati. Quasi tutti gli elementi della tavola periodica sono disciolti nell'acqua di mare.
8. Ossigeno disciolto e anidride carbonica.
L'eccessivo consumo di ossigeno per la respirazione degli organismi viventi e per l'ossidazione delle sostanze organiche e minerali immesse nelle acque con gli scarichi industriali porta all'impoverimento della popolazione vivente al punto che gli organismi aerobici non possono vivere in tali acque.
9. Concentrazione di ioni idrogeno (pH).
Tutti gli organismi acquatici si sono adattati ad un certo livello di pH: alcuni preferiscono un ambiente acido, altri preferiscono un ambiente alcalino e altri ancora uno neutro. Un cambiamento in queste caratteristiche può portare alla morte degli organismi acquatici.
10. Fluire non solo influenza notevolmente la concentrazione di gas e sostanze nutritive, ma agisce anche direttamente come fattore limitante. Molte piante e animali fluviali sono morfologicamente e fisiologicamente particolarmente adattati a mantenere la loro posizione nel flusso: hanno limiti di tolleranza ben definiti al fattore di flusso.
Il principale fattore topografico è altezza sopra il livello del mare. Con l'altitudine diminuiscono le temperature medie, aumentano le differenze termiche giornaliere, aumentano le precipitazioni, la velocità del vento e l'intensità delle radiazioni, diminuiscono la pressione atmosferica e le concentrazioni di gas. Tutti questi fattori influenzano piante e animali, provocando la zonazione verticale.
catene montuose possono fungere da barriere climatiche. Le montagne fungono anche da barriere alla diffusione e alla migrazione degli organismi e possono svolgere il ruolo di fattore limitante nei processi di speciazione.
Un altro fattore topografico è esposizione del pendio. Nell'emisfero settentrionale, i pendii esposti a sud ricevono più luce solare, quindi l'intensità della luce e la temperatura qui sono più elevate rispetto ai fondovalle e ai pendii esposti a nord. Nell’emisfero sud si verifica la situazione opposta.
È anche un importante fattore di sollievo pendenza del pendio. I pendii ripidi sono caratterizzati da un rapido drenaggio e dal dilavamento del terreno, quindi i terreni qui sono sottili e più asciutti. Se la pendenza supera i 35b solitamente non si forma terreno e vegetazione, ma si crea un ghiaione di materiale sciolto.
Gli incendi della corona hanno un effetto limitante sulla maggior parte degli organismi: la comunità biotica deve ricominciare tutto da capo con quel poco che resta, e devono passare molti anni prima che il sito diventi nuovamente produttivo. Gli incendi terrestri, al contrario, hanno un effetto selettivo: per alcuni organismi sono un fattore più limitante, per altri un fattore meno limitante e quindi contribuiscono allo sviluppo di organismi con elevata tolleranza agli incendi. Inoltre, piccoli fuochi sul terreno completano l’azione dei batteri, decomponendo le piante morte e accelerando la conversione dei nutrienti minerali in una forma adatta all’uso da parte delle nuove generazioni di piante. Le piante hanno sviluppato adattamenti specializzati al fuoco, proprio come hanno fatto con altri fattori abiotici. In particolare, i germogli dei cereali e dei pini vengono nascosti dal fuoco nella profondità di ciuffi di foglie o di aghi. Negli habitat periodicamente bruciati, queste specie vegetali traggono beneficio perché il fuoco ne favorisce la preservazione favorendone selettivamente la fioritura.
La luce è uno dei principali fattori ambientali. Senza luce l'attività fotosintetica delle piante è impossibile e senza quest'ultima la vita in generale è impensabile, poiché le piante verdi hanno la capacità di produrre l'ossigeno necessario a tutti gli esseri viventi. Inoltre, la luce è l’unica fonte di calore sul pianeta Terra. Ha un effetto diretto sui processi chimici e fisici che si verificano negli organismi e influenza il metabolismo.
Molte caratteristiche morfologiche e comportamentali di vari organismi sono associate alla loro esposizione alla luce. Anche l'attività di alcuni organi interni degli animali è strettamente correlata all'illuminazione. Il comportamento degli animali, come la migrazione stagionale, la deposizione delle uova, il corteggiamento e gli amori primaverili, è associato alla durata delle ore diurne.
In ecologia, il termine “luce” si riferisce all’intera gamma di radiazioni solari che raggiungono la superficie terrestre. Lo spettro di distribuzione dell'energia della radiazione solare al di fuori dell'atmosfera terrestre mostra che circa la metà dell'energia solare viene emessa nella regione dell'infrarosso, il 40% nella regione del visibile e il 10% nelle regioni dell'ultravioletto e dei raggi X.
Per la materia vivente sono importanti le caratteristiche qualitative della luce: lunghezza d'onda, intensità e durata dell'esposizione. Esistono radiazioni ultraviolette vicine (400-200 nm) e lontane o del vuoto (200-10 nm). Le fonti di radiazione ultravioletta sono il plasma ad alta temperatura, gli elettroni accelerati, alcuni laser, il Sole, le stelle, ecc. L'effetto biologico della radiazione ultravioletta è causato da cambiamenti chimici nelle molecole delle cellule viventi che le assorbono, principalmente molecole di acidi nucleici ( DNA e RNA) e proteine, e si esprime nei disturbi della divisione, nella comparsa di mutazioni e nella morte cellulare.
Alcuni raggi del sole, dopo aver percorso un'enorme distanza, raggiungono la superficie della Terra, la illuminano e la riscaldano. Si stima che il nostro pianeta riceva circa un duemiliardesimo dell'energia solare e di questa quantità solo lo 0,1-0,2% viene utilizzato dalle piante verdi per creare materia organica. Ogni metro quadrato del pianeta riceve in media 1,3 kW di energia solare. Basterebbe azionare un bollitore elettrico o un ferro da stiro.
Le condizioni di illuminazione svolgono un ruolo eccezionale nella vita delle piante: la loro produttività e produttività dipendono dall'intensità della luce solare. Tuttavia, il regime della luce sulla Terra è piuttosto diverso. Nel bosco è diverso che nel prato. L'illuminazione nelle foreste di abeti rossi decidui e di conifere scure è notevolmente diversa.
La luce controlla la crescita delle piante: crescono nella direzione della luce maggiore. La loro sensibilità alla luce è così grande che i germogli di alcune piante, tenuti al buio durante il giorno, reagiscono a un lampo di luce che dura solo due millesimi di secondo.
Tutte le piante in relazione alla luce possono essere divise in tre gruppi: eliofite, sciofite, eliofite facoltative.
Eliofite(dal greco helios - sole e phyton - pianta), o piante che amano la luce, non tollerano o non tollerano nemmeno una leggera ombreggiatura. Questo gruppo comprende le erbe delle steppe e dei prati, le piante della tundra, le piante primaverili, la maggior parte delle piante coltivate in piena terra e molte erbe infestanti. Tra le specie di questo gruppo troviamo la piantaggine comune, l'epilobio, la cannuccia, ecc.
Sciofiti(dal greco scia - ombra), o piante da ombra, non tollerano la luce forte e vivono in costante ombra sotto la chioma della foresta. Queste sono principalmente erbe di bosco. Con un forte alleggerimento della volta della foresta, diventano depressi e spesso muoiono, ma molti ricostruiscono il loro apparato fotosintetico e si adattano alla vita in nuove condizioni.
Eliofite facoltative, o piante tolleranti all'ombra, sono in grado di svilupparsi sia in quantità di luce molto elevate che in quelle basse. Ad esempio, possiamo citare alcuni alberi: abete rosso, acero riccio, carpino bianco; arbusti: nocciolo, biancospino; erbe aromatiche - fragole, geranio di campo; molte piante da interno.
Un importante fattore abiotico è temperatura. Qualsiasi organismo è in grado di vivere entro un certo intervallo di temperature. L'areale di distribuzione degli esseri viventi è limitato principalmente all'area compresa tra 0°C e 50°C.
La principale fonte di calore, oltre alla luce, è la radiazione solare. Un organismo può sopravvivere solo in condizioni alle quali il suo metabolismo è adattato. Se la temperatura di una cellula vivente scende sotto lo zero, la cellula viene solitamente danneggiata fisicamente e muore a causa della formazione di cristalli di ghiaccio. Se la temperatura è troppo alta, si verifica la denaturazione delle proteine. Questo è esattamente ciò che accade quando si fa bollire un uovo di gallina.
La maggior parte degli organismi è in grado di controllare in una certa misura la propria temperatura corporea attraverso varie risposte. Nella stragrande maggioranza degli esseri viventi, la temperatura corporea può variare a seconda della temperatura ambientale. Tali organismi non sono in grado di regolare la loro temperatura e vengono chiamati a sangue freddo (poichilotermico). La loro attività dipende principalmente dal calore proveniente dall'esterno. La temperatura corporea degli organismi poichilotermi è correlata ai valori della temperatura ambientale. Il sangue freddo è caratteristico di gruppi di organismi come piante, microrganismi, invertebrati, pesci, rettili, ecc.
Un numero significativamente inferiore di esseri viventi è in grado di regolare attivamente la temperatura corporea. Questi sono rappresentanti delle due classi più alte di vertebrati: uccelli e mammiferi. Il calore che generano è un prodotto di reazioni biochimiche e funge da fonte significativa di aumento della temperatura corporea. Questa temperatura viene mantenuta a un livello costante indipendentemente dalla temperatura ambiente. Gli organismi che sono in grado di mantenere una temperatura corporea ottimale costante indipendentemente dalla temperatura ambiente sono detti a sangue caldo (omeotermici). Grazie a questa proprietà molte specie di animali possono vivere e riprodursi a temperature inferiori allo zero (renne, orsi polari, pinnipedi, pinguini). Il mantenimento di una temperatura corporea costante è assicurato da un buon isolamento termico creato dal pelo, dal folto piumaggio, dalle cavità aeree sottocutanee, da uno spesso strato di tessuto adiposo, ecc.
Un caso speciale di omeotermia è l'eterotermia (dal greco heteros - diverso). Diversi livelli di temperatura corporea negli organismi eterotermici dipendono dalla loro attività funzionale. Durante il periodo di attività hanno una temperatura corporea costante e durante il periodo di riposo o letargo la temperatura diminuisce notevolmente. L'eterotermia è caratteristica dei roditori, delle marmotte, dei tassi, dei pipistrelli, dei ricci, degli orsi, dei colibrì, ecc.
Le condizioni di umidificazione svolgono un ruolo speciale nella vita degli organismi viventi.
Acqua- la base della materia vivente. Per la maggior parte degli organismi viventi, l’acqua è uno dei principali fattori ambientali. Questa è la condizione più importante per l'esistenza di tutta la vita sulla Terra. Tutti i processi vitali nelle cellule degli organismi viventi si svolgono in un ambiente acquatico.
L'acqua non viene modificata chimicamente dalla maggior parte dei composti tecnici che dissolve. Ciò è molto importante per gli organismi viventi, poiché le sostanze nutritive necessarie ai loro tessuti vengono fornite in soluzioni acquose in una forma relativamente poco modificata. In condizioni naturali, l'acqua contiene sempre l'una o l'altra quantità di impurità, che interagiscono non solo con sostanze solide e liquide, ma anche con gas dissolventi.
Le proprietà uniche dell'acqua predeterminano il suo ruolo speciale nella formazione dell'ambiente fisico e chimico del nostro pianeta, nonché nell'emergere e nel mantenimento di un fenomeno straordinario: la vita.
L'embrione umano è costituito per il 97% da acqua e nei neonati la sua quantità corrisponde al 77% del peso corporeo. All'età di 50 anni la quantità di acqua nel corpo umano diminuisce e rappresenta già il 60% del suo peso. La maggior parte dell'acqua (70%) è concentrata all'interno delle cellule e il 30% è acqua intercellulare. I muscoli umani sono costituiti per il 75% da acqua, il fegato per il 70%, il cervello per il 79% e i reni per l'83%.
Il corpo di un animale, di regola, contiene almeno il 50% di acqua (ad esempio, un elefante - 70%, un bruco che mangia foglie di piante - 85-90%, meduse - più del 98%).
L'elefante ha bisogno di più acqua (in base al fabbisogno giornaliero) di qualsiasi animale terrestre: circa 90 litri. Gli elefanti sono uno dei migliori “idrogeologi” tra animali e uccelli: percepiscono gli specchi d'acqua fino a una distanza di 5 km! Solo i bisonti sono più lontani: 7-8 km. Nei periodi di siccità, gli elefanti usano le loro zanne per scavare buche nei letti asciutti dei fiumi per raccogliere l'acqua. Bufali, rinoceronti e altri animali africani utilizzano facilmente i pozzi degli elefanti.
La distribuzione della vita sulla Terra è direttamente correlata alle precipitazioni. L’umidità non è la stessa nelle diverse parti del mondo. La maggior parte delle precipitazioni cade nella zona equatoriale, soprattutto nel corso superiore del Rio delle Amazzoni e sulle isole dell'Arcipelago Malese. Il loro numero in alcune zone raggiunge i 12.000 mm all'anno. Quindi, su una delle isole hawaiane piove dai 335 ai 350 giorni all'anno. Questo è il posto più umido della Terra. La precipitazione media annua qui raggiunge gli 11.455 mm. In confronto, la tundra e i deserti ricevono meno di 250 mm di precipitazioni all’anno.
Gli animali si riferiscono all'umidità in modo diverso. L'acqua come corpo fisico e chimico ha un impatto continuo sulla vita degli idrobionti (organismi acquatici). Non solo soddisfa i bisogni fisiologici degli organismi, ma fornisce anche ossigeno e cibo, trasporta via i metaboliti e trasporta i prodotti sessuali e gli stessi organismi acquatici. Grazie alla mobilità dell'acqua nell'idrosfera è possibile l'esistenza di animali attaccati che, come è noto, non esistono sulla terra.
Fattori edafici
L'intero insieme delle proprietà fisiche e chimiche del suolo che hanno un impatto ecologico sugli organismi viventi si riferisce a fattori edafici (dal greco edaphos - base, terra, suolo). I principali fattori edafici sono la composizione meccanica del suolo (dimensione delle sue particelle), relativa scioltezza, struttura, permeabilità all'acqua, aerazione, composizione chimica del suolo e sostanze in esso circolanti (gas, acqua).
La natura della composizione granulometrica del suolo può avere un significato ecologico per gli animali che, in un certo periodo della vita, vivono nel suolo o conducono uno stile di vita scavatore. Le larve di insetti generalmente non possono vivere su terreni troppo rocciosi; Gli imenotteri che scavano le tane, depongono le uova nei passaggi sotterranei, molte locuste, che seppelliscono i bozzoli delle uova nel terreno, hanno bisogno che siano sufficientemente sciolti.
Una caratteristica importante del suolo è la sua acidità. È noto che l'acidità del mezzo (pH) caratterizza la concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione ed è numericamente uguale al logaritmo decimale negativo di tale concentrazione: pH = -log. Le soluzioni acquose possono avere un pH compreso tra 0 e 14. Le soluzioni neutre hanno un pH pari a 7, le soluzioni acide sono caratterizzate da valori di pH inferiori a 7 e le soluzioni alcaline sono caratterizzate da valori di pH superiori a 7. L'acidità può fungere da un indicatore del tasso di metabolismo generale di una comunità. Se il pH della soluzione del terreno è basso, significa che il terreno contiene pochi nutrienti, quindi la sua produttività è estremamente bassa.
In relazione alla fertilità del suolo si distinguono i seguenti gruppi ecologici di piante:
- oligotrofi (dal greco olygos - piccolo, insignificante e trofeo - cibo) - piante di terreni poveri e sterili (pino silvestre);
- mesotrofi (dal greco mesos - medio) - piante con un moderato bisogno di nutrienti (la maggior parte delle piante forestali delle latitudini temperate);
- eutrofico(dal greco lei - buona) - piante che richiedono una grande quantità di nutrienti nel terreno (quercia, nocciolo, uva spina).
Fattori orografici
La distribuzione degli organismi sulla superficie terrestre è influenzata in una certa misura da fattori quali le caratteristiche degli elementi del rilievo, l'altitudine sul livello del mare, l'esposizione e la pendenza dei pendii. Sono riuniti in un gruppo di fattori orografici (dal greco oros - montagna). Il loro impatto può influenzare notevolmente il clima locale e lo sviluppo del suolo.
Uno dei principali fattori orografici è l'altitudine sul livello del mare. Con l'altitudine diminuiscono le temperature medie, aumentano le differenze termiche giornaliere, aumentano le precipitazioni, la velocità del vento e l'intensità delle radiazioni, diminuiscono la pressione atmosferica e le concentrazioni di gas. Tutti questi fattori influenzano piante e animali, provocando la zonazione verticale.
Un tipico esempio è la zonizzazione verticale in montagna. Qui ogni 100 m di dislivello la temperatura dell'aria diminuisce in media di 0,55 °C. Allo stesso tempo, l’umidità cambia e la durata della stagione di crescita si accorcia. All'aumentare dell'altitudine dell'habitat, lo sviluppo di piante e animali cambia in modo significativo. Ai piedi delle montagne possono esserci mari tropicali, e in cima soffiano i venti artici. Da un lato delle montagne può essere soleggiato e caldo, dall'altro può essere umido e freddo.
Un altro fattore orografico è l'esposizione dei pendii. Sui pendii settentrionali le piante formano forme d'ombra, mentre sui pendii meridionali formano forme chiare. La vegetazione qui è rappresentata principalmente da arbusti resistenti alla siccità. I pendii esposti a sud ricevono più luce solare, quindi l'intensità della luce e la temperatura qui sono più elevate rispetto ai fondovalle e ai pendii esposti a nord. Ciò è associato a differenze significative nel riscaldamento dell’aria e del suolo, nella velocità di scioglimento della neve e nell’essiccazione del suolo.
Un fattore importante è la pendenza del pendio. L'influenza di questo indicatore sulle condizioni di vita degli organismi si riflette principalmente attraverso le caratteristiche dell'ambiente del suolo, dell'acqua e dei regimi di temperatura. I pendii ripidi sono caratterizzati da un rapido drenaggio e dal dilavamento del terreno, quindi i terreni qui sono sottili e più asciutti. Se la pendenza supera i 35° si creano solitamente degli scivoli di materiale sciolto.
Fattori idrografici
I fattori idrografici includono caratteristiche dell'ambiente acquatico come la densità dell'acqua, la velocità dei movimenti orizzontali (corrente), la quantità di ossigeno disciolto nell'acqua, il contenuto di particelle sospese, il flusso, la temperatura e i regimi di luce dei corpi idrici, ecc.
Gli organismi che vivono nell'ambiente acquatico sono chiamati idrobionti.
Diversi organismi si sono adattati a modo loro alla densità dell'acqua e a determinate profondità. Alcune specie possono resistere a pressioni da diverse a centinaia di atmosfere. Molti pesci, cefalopodi, crostacei e stelle marine vivono a grandi profondità, ad una pressione di circa 400-500 atm.
L'elevata densità dell'acqua garantisce l'esistenza di molte forme non scheletriche nell'ambiente acquatico. Si tratta di piccoli crostacei, meduse, alghe unicellulari, molluschi carenati e pteropodi, ecc.
L'elevata capacità termica specifica e l'elevata conduttività termica dell'acqua determinano il regime di temperatura più stabile dei corpi idrici rispetto alla terra. L'ampiezza delle fluttuazioni annuali della temperatura non supera i 10-15 °C. Nelle acque continentali è di 30-35 °C. Nei serbatoi stessi, le condizioni di temperatura tra gli strati superiori e inferiori dell'acqua differiscono in modo significativo. Negli strati profondi della colonna d'acqua (nei mari e negli oceani) il regime termico è stabile e costante (3-4 °C).
Un importante fattore idrografico è il regime luminoso dei corpi idrici. La quantità di luce diminuisce rapidamente con la profondità, quindi nell'Oceano Mondiale le alghe vivono solo nella zona illuminata (il più delle volte a profondità comprese tra 20 e 40 m). La densità degli organismi marini (il loro numero per unità di area o volume) diminuisce naturalmente con la profondità.
Fattori chimici
L'effetto dei fattori chimici si manifesta sotto forma di penetrazione nell'ambiente di sostanze chimiche che prima non erano presenti in esso, il che è in gran parte dovuto alla moderna influenza antropica.
Un fattore chimico come la composizione del gas è estremamente importante per gli organismi che vivono nell'ambiente acquatico. Ad esempio, nelle acque del Mar Nero c'è molto idrogeno solforato, il che rende questa piscina non del tutto favorevole alla vita di alcuni animali al suo interno. I fiumi che vi sfociano portano con sé non solo pesticidi o metalli pesanti portati via dai campi, ma anche azoto e fosforo. E questo non è solo fertilizzante agricolo, ma anche cibo per microrganismi marini e alghe che, a causa di un eccesso di nutrienti, iniziano a svilupparsi rapidamente (fioritura dell'acqua). Quando muoiono, affondano sul fondo e consumano una notevole quantità di ossigeno durante il processo di decomposizione. Negli ultimi 30-40 anni, la fioritura del Mar Nero è aumentata in modo significativo. Nello strato inferiore dell'acqua, l'ossigeno viene sostituito dal velenoso idrogeno solforato, quindi qui non c'è praticamente vita. Il mondo organico del mare è relativamente povero e monotono. Il suo strato vivente è limitato ad una superficie ristretta spessa 150 m. Per quanto riguarda gli organismi terrestri, sono insensibili alla composizione gassosa dell'atmosfera, poiché è costante.
Il gruppo di fattori chimici comprende anche un indicatore come la salinità dell'acqua (il contenuto di sali solubili nelle acque naturali). In base alla quantità di sali disciolti, le acque naturali si dividono nelle seguenti categorie: acqua dolce - fino a 0,54 g/l, acqua salmastra - da 1 a 3, leggermente salata - da 3 a 10, acqua salata e molto salata - da da 10 a 50, salamoia - ulteriori 50 g/l. Pertanto, nei corpi d'acqua dolce sulla terra (torrenti, fiumi, laghi) 1 kg di acqua contiene fino a 1 g di sali solubili. L’acqua di mare è una soluzione salina complessa, la cui salinità media è di 35 g/kg di acqua, ovvero 3,5%.
Gli organismi viventi che vivono in un ambiente acquatico sono adattati a una salinità dell'acqua rigorosamente definita. Le forme d'acqua dolce non possono vivere nei mari e le forme marine non possono tollerare la desalinizzazione. Se cambia la salinità dell'acqua gli animali si spostano alla ricerca di un ambiente favorevole. Ad esempio, quando gli strati superficiali del mare vengono desalinizzati dopo forti piogge, alcune specie di crostacei marini sprofondano fino a una profondità di 10 m.
Le larve di ostriche vivono nelle acque salmastre di piccole baie ed estuari (corpi d'acqua costieri semichiusi che comunicano liberamente con l'oceano o il mare). Le larve crescono particolarmente rapidamente quando la salinità dell'acqua è dell'1,5-1,8% (a metà tra l'acqua dolce e quella salata). Con un contenuto di sale più elevato, la loro crescita è in qualche modo soppressa. Quando il contenuto di sale diminuisce, la crescita è già notevolmente soppressa. Con una salinità dello 0,25%, la crescita delle larve si ferma e muoiono tutte.
Fattori pirogeni
Questi includono fattori di esposizione al fuoco o incendi. Attualmente, gli incendi sono considerati un fattore ambientale abiotico naturale molto significativo. Se usato correttamente, il fuoco può essere uno strumento ambientale molto prezioso.
A prima vista, gli incendi sono un fattore negativo. Ma in realtà non è così. Senza incendi, la savana, ad esempio, scomparirebbe rapidamente e sarebbe ricoperta da una fitta foresta. Ciò però non accade, poiché i teneri germogli degli alberi muoiono nel fuoco. Poiché gli alberi crescono lentamente, pochi sopravvivono agli incendi e diventano abbastanza alti. L'erba cresce rapidamente e si riprende altrettanto rapidamente dopo gli incendi.
Va notato che, a differenza di altri fattori ambientali, le persone possono regolare gli incendi e quindi possono diventare un certo fattore limitante nella diffusione di piante e animali. Gli incendi controllati dall’uomo producono ceneri ricche di sostanze benefiche. Mescolandosi con il terreno, la cenere stimola la crescita delle piante, la cui quantità determina la vita degli animali.
Inoltre, molti abitanti della savana, come la cicogna africana e l'uccello segretario, usano il fuoco per i propri scopi. Visitano i confini degli incendi naturali o controllati e lì mangiano insetti e roditori che sfuggono al fuoco.
Gli incendi possono essere causati sia da fattori naturali (fulmini) che da azioni umane casuali e non casuali. Esistono due tipi di incendi. Gli incendi sui tetti sono i più difficili da contenere e regolare. Molto spesso sono molto intensi e distruggono tutta la vegetazione e la materia organica del suolo. Tali incendi hanno un effetto limitante su molti organismi.
Fuochi terrestri, al contrario, hanno un effetto selettivo: per alcuni organismi sono più distruttivi, per altri meno e, quindi, contribuiscono allo sviluppo di organismi con elevata resistenza agli incendi. Inoltre, piccoli fuochi sul terreno completano l’azione dei batteri, decomponendo le piante morte e accelerando la conversione dei nutrienti minerali in una forma adatta all’uso da parte delle nuove generazioni di piante. Negli habitat con terreno sterile, gli incendi contribuiscono al suo arricchimento con elementi di cenere e sostanze nutritive.
Quando c'è sufficiente umidità (praterie nordamericane), gli incendi stimolano la crescita dell'erba a scapito degli alberi. Gli incendi svolgono un ruolo regolatore particolarmente importante nelle steppe e nelle savane. Qui, gli incendi periodici riducono la probabilità di invasione di arbusti del deserto.
L'uomo è spesso la causa dell'aumento della frequenza degli incendi boschivi, sebbene un privato non abbia il diritto di provocare intenzionalmente (anche accidentalmente) un incendio nella natura. Tuttavia, l'uso del fuoco da parte di specialisti rientra nella corretta gestione del territorio.
I fattori abiotici sono fattori di natura inanimata che agiscono direttamente o indirettamente su un organismo: luce, temperatura, umidità, composizione chimica dell'aria, dell'acqua e dell'ambiente del suolo, ecc. (vale a dire, proprietà dell'ambiente, la cui comparsa e influenza non dipende direttamente dalle attività degli organismi viventi).
La luce (radiazione solare) è un fattore ambientale caratterizzato dall'intensità e dalla qualità dell'energia radiante del Sole, che viene utilizzata dalle piante verdi fotosintetiche per creare biomassa vegetale. La luce solare che raggiunge la superficie terrestre è la principale fonte di energia per il mantenimento dell'equilibrio termico del pianeta, il metabolismo dell'acqua degli organismi, la creazione e la trasformazione della materia organica da parte dell'elemento autotrofico della biosfera, che alla fine rende possibile la formazione di un ambiente in grado di soddisfare i bisogni vitali
organismi.
La temperatura è uno dei fattori abiotici più importanti, da cui dipende in gran parte l'esistenza, lo sviluppo e la distribuzione degli organismi sulla Terra [mostra]. L'importanza della temperatura risiede principalmente nella sua influenza diretta sulla velocità e sulla natura delle reazioni metaboliche negli organismi. Poiché le escursioni termiche giornaliere e stagionali aumentano con la distanza dall'equatore, piante e animali, adattandosi ad esse, manifestano esigenze di calore diverse.
L'umidità è un fattore ambientale caratterizzato dal contenuto di acqua nell'aria, nel suolo e negli organismi viventi. In natura esiste un ritmo quotidiano dell'umidità: aumenta di notte e diminuisce durante il giorno. Insieme alla temperatura e alla luce, l'umidità gioca un ruolo importante nella regolazione dell'attività degli organismi viventi. La fonte d'acqua per piante e animali sono principalmente le precipitazioni e le acque sotterranee, nonché la rugiada e la nebbia.
Nella parte abiotica dell'ambiente (nella natura inanimata), tutti i fattori possono essere principalmente suddivisi in fisici e chimici. Tuttavia, per comprendere l'essenza dei fenomeni e dei processi considerati, è conveniente rappresentare i fattori abiotici come un insieme di fattori climatici, topografici, cosmici, nonché caratteristiche della composizione dell'ambiente (acquatico, terrestre o suolo).
I principali fattori climatici includono l’energia solare, la temperatura, le precipitazioni e l’umidità, la mobilità ambientale, la pressione e le radiazioni ionizzanti.
Fattori ambientali - proprietà dell'ambiente che hanno qualche effetto sul corpo. Elementi indifferenti dell'ambiente, ad esempio i gas inerti, non sono fattori ambientali.
I fattori ambientali mostrano una significativa variabilità nel tempo e nello spazio. Ad esempio, la temperatura varia notevolmente sulla superficie terrestre, ma è quasi costante sul fondo dell’oceano o nelle profondità delle caverne.
Classificazioni dei fattori ambientali
Dalla natura dell'impatto
Azione diretta: influenza direttamente il corpo, principalmente sul metabolismo
Ad azione indiretta - influenzando indirettamente, attraverso cambiamenti nei fattori che agiscono direttamente (rilievo, esposizione, altitudine, ecc.)
Per origine
Abiotici - fattori di natura inanimata:
climatico: somma annua delle temperature, temperatura media annuale, umidità, pressione atmosferica
edafico (edafogenico): composizione meccanica del suolo, permeabilità all'aria del suolo, acidità del suolo, composizione chimica del suolo
orografico: rilievo, altezza sul livello del mare, pendenza ed esposizione del pendio
sostanza chimica: composizione gassosa dell'aria, composizione salina dell'acqua, concentrazione, acidità
fisici: rumore, campi magnetici, conducibilità termica e capacità termica, radioattività, intensità della radiazione solare
Biotico - legato all'attività degli organismi viventi:
fitogenico - influenza delle piante
micogenico - influenza dei funghi
zoogenico: influenza degli animali
microbiogenico - influenza dei microrganismi
Antropico (antropico):
fisico: uso dell'energia nucleare, viaggi su treni e aerei, influenza del rumore e delle vibrazioni
prodotti chimici: uso di fertilizzanti minerali e pesticidi, inquinamento del guscio della Terra con rifiuti industriali e di trasporto
biologico: cibo; organismi per i quali l’uomo può costituire un habitat o una fonte di cibo
sociale - legato alle relazioni tra le persone e alla vita nella società
Spendendo
Risorse - elementi dell'ambiente che il corpo consuma, riducendo il loro apporto nell'ambiente (acqua, CO2, O2, luce)
Condizioni - elementi ambientali non consumati dal corpo (temperatura, movimento dell'aria, acidità del suolo)
Per direzione
Vettorializzato - fattori di cambiamento direzionale: ristagno idrico, salinizzazione del suolo
Perenne-ciclico - con periodi pluriennali alternati di rafforzamento e indebolimento di un fattore, ad esempio il cambiamento climatico in connessione con il ciclo solare di 11 anni
Oscillatorio (impulso, fluttuazione) - fluttuazioni in entrambe le direzioni da un certo valore medio (fluttuazioni giornaliere della temperatura dell'aria, cambiamenti nelle precipitazioni mensili medie durante tutto l'anno)
Regola ottimale
Secondo questa regola, per un ecosistema, un organismo o un certo stadio del suo sviluppo, esiste un intervallo del valore del fattore più favorevole (ottimale). Al di fuori della zona ottimale ci sono zone di oppressione, che si trasformano in punti critici oltre i quali l’esistenza è impossibile. La massima densità di popolazione è solitamente limitata alla zona ottimale. Le zone ottimali per diversi organismi non sono le stesse. Per alcuni, hanno una gamma significativa. Tali organismi appartengono al gruppo degli euribionti. Gli organismi con una gamma ristretta di adattamento ai fattori sono chiamati stenobionti.
L'intervallo di valori dei fattori (tra i punti critici) è chiamato valenza ambientale. Un sinonimo del termine valenza è tolleranza o plasticità (variabilità). Queste caratteristiche dipendono in gran parte dall'ambiente in cui vivono gli organismi. Se è relativamente stabile nelle sue proprietà (le ampiezze delle fluttuazioni dei singoli fattori sono piccole), contiene più steno-bionti (ad esempio, in un ambiente acquatico, se è dinamico, ad esempio terra-aria, hanno euribionti); una maggiore possibilità di sopravvivenza in esso. La zona ottimale e la valenza ecologica sono generalmente più ampie negli organismi a sangue caldo che in quelli a sangue freddo. Va inoltre tenuto presente che la valenza ecologica di una stessa specie non rimane la stessa in condizioni diverse (ad esempio nelle regioni settentrionali e meridionali durante determinati periodi di vita, ecc.). Gli organismi giovani e senili, di regola, richiedono condizioni più condizionate (omogenee). A volte questi requisiti sono piuttosto ambigui. Ad esempio, per quanto riguarda la temperatura, le larve degli insetti sono generalmente stenobionti (stenotermiche), mentre le pupe e gli adulti possono essere euribionti (euritermici).
Informazioni correlate.
introduzione
Principali fattori abiotici e loro caratteristiche
Letteratura
introduzione
I fattori ambientali abiotici sono componenti e fenomeni di natura inanimata e inorganica che influenzano direttamente o indirettamente gli organismi viventi. Naturalmente questi fattori agiscono contemporaneamente e ciò significa che tutti gli organismi viventi cadono sotto la loro influenza. Il grado di presenza o assenza di ciascuno di essi influisce in modo significativo sulla vitalità degli organismi e varia in modo diverso per le diverse specie. Va notato che ciò influisce notevolmente sull'intero ecosistema nel suo insieme e sulla sua sostenibilità.
I fattori ambientali, sia individualmente che in combinazione, quando colpiscono gli organismi viventi, li costringono a cambiare e ad adattarsi a questi fattori. Questa capacità è chiamata valenza ecologica o plasticità. La plasticità, o valenza ambientale, di ciascuna specie è diversa e ha un effetto diverso sulla capacità degli organismi viventi di sopravvivere in condizioni di cambiamento dei fattori ambientali. Se gli organismi non solo si adattano ai fattori biotici, ma possono anche influenzarli, modificando altri organismi viventi, allora questo è impossibile con i fattori ambientali abiotici: l'organismo può adattarsi a loro, ma non è in grado di avere su di essi alcuna significativa influenza inversa.
I fattori ambientali abiotici sono condizioni che non sono direttamente correlate all'attività vitale degli organismi. I fattori abiotici più importanti includono temperatura, luce, acqua, composizione dei gas atmosferici, struttura del suolo, composizione dei nutrienti in esso contenuti, terreno, ecc. Questi fattori possono influenzare gli organismi sia direttamente, ad esempio la luce o il calore, sia indirettamente, ad esempio il terreno, che determina l'azione di fattori diretti, luce, vento, umidità, ecc. Più recentemente, l'influenza dei cambiamenti nell'attività solare sulla biosfera processi sono stati scoperti.
1. Principali fattori abiotici e loro caratteristiche
Tra i fattori abiotici ricordiamo:
Climatico (l'influenza della temperatura, della luce e dell'umidità);
Geologico (terremoto, eruzione vulcanica, movimento glaciale, colate di fango e valanghe, ecc.);
Orografico (caratteristiche del terreno in cui vivono gli organismi studiati).
Consideriamo l'azione dei principali fattori abiotici diretti: luce, temperatura e presenza di acqua. La temperatura, la luce e l’umidità sono i fattori ambientali più importanti. Questi fattori cambiano naturalmente sia durante l'anno che durante il giorno, sia in relazione alla zonizzazione geografica. Gli organismi mostrano un adattamento zonale e stagionale a questi fattori.
La luce come fattore ambientale
La radiazione solare è la principale fonte di energia per tutti i processi che avvengono sulla Terra. Nello spettro della radiazione solare si possono distinguere tre regioni, diverse per azione biologica: ultravioletto, visibile e infrarosso. I raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda inferiore a 0,290 micron sono distruttivi per tutti gli esseri viventi, ma vengono trattenuti dallo strato di ozono dell'atmosfera. Solo una piccola porzione dei raggi ultravioletti più lunghi (0,300 – 0,400 micron) raggiunge la superficie terrestre. Costituiscono circa il 10% dell'energia radiante. Questi raggi sono altamente attivi chimicamente; a dosi elevate possono danneggiare gli organismi viventi. In piccole quantità, però, sono necessari, ad esempio, per l'uomo: sotto l'influenza di questi raggi, nel corpo umano si forma la vitamina D e gli insetti distinguono visivamente questi raggi, ad es. vedere alla luce ultravioletta. Possono navigare grazie alla luce polarizzata.
I raggi visibili con una lunghezza d'onda compresa tra 0,400 e 0,750 micron (costituiscono la maggior parte dell'energia - il 45% - della radiazione solare) che raggiungono la superficie terrestre sono particolarmente importanti per gli organismi. Le piante verdi, grazie a questa radiazione, sintetizzano la materia organica (effettuano la fotosintesi), che viene utilizzata come cibo da tutti gli altri organismi. Per la maggior parte delle piante e degli animali, la luce visibile è uno dei fattori ambientali importanti, sebbene ci siano anche quelli per i quali la luce non è un prerequisito per l'esistenza (adattamento alla vita nell'oscurità del suolo, delle caverne e delle profondità marine). La maggior parte degli animali è in grado di distinguere la composizione spettrale della luce, ha una visione dei colori e le piante hanno fiori dai colori vivaci per attirare gli insetti impollinatori.
I raggi infrarossi con lunghezza d'onda superiore a 0,750 micron non sono percepiti dall'occhio umano, ma costituiscono una fonte di energia termica (45% dell'energia radiante). Questi raggi vengono assorbiti dai tessuti di animali e piante, provocando il riscaldamento dei tessuti. Molti animali a sangue freddo (lucertole, serpenti, insetti) usano la luce solare per aumentare la loro temperatura corporea (alcuni serpenti e lucertole sono animali ecologicamente a sangue caldo). Le condizioni di luce associate alla rotazione terrestre hanno cicli giornalieri e stagionali distinti. Quasi tutti i processi fisiologici nelle piante e negli animali hanno un ritmo quotidiano con un massimo e un minimo in determinate ore: ad esempio, in determinate ore del giorno, il fiore di una pianta si apre e si chiude e gli animali hanno sviluppato adattamenti alla vita notturna e diurna. La durata del giorno (o fotoperiodo) è di grande importanza nella vita delle piante e degli animali.
Le piante, a seconda delle loro condizioni di vita, si adattano all'ombra - piante tolleranti all'ombra o, al contrario, al sole - piante che amano la luce (ad esempio i cereali). Tuttavia, un sole forte e luminoso (al di sopra della luminosità ottimale) sopprime la fotosintesi, rendendo difficile la produzione di raccolti ricchi di proteine ai tropici. Nelle zone temperate (sopra e sotto l'equatore), il ciclo di sviluppo di piante e animali è limitato alle stagioni dell'anno: la preparazione ai cambiamenti delle condizioni di temperatura viene effettuata sulla base di un segnale - cambiamenti nella durata del giorno, che a un certo periodo dell'anno in un dato luogo è sempre lo stesso. Come risultato di questo segnale si attivano i processi fisiologici che portano la pianta alla crescita e alla fioritura in primavera, alla fruttificazione in estate e alla perdita delle foglie in autunno; negli animali: alla muta, all'accumulo di grasso, alla migrazione, alla riproduzione negli uccelli e nei mammiferi e all'inizio della fase di riposo negli insetti. Gli animali percepiscono i cambiamenti nella durata del giorno usando i loro organi visivi. E le piante - con l'aiuto di pigmenti speciali situati nelle foglie delle piante. Le irritazioni vengono percepite attraverso i recettori, a seguito dei quali si verificano una serie di reazioni biochimiche (attivazione di enzimi o rilascio di ormoni), quindi compaiono reazioni fisiologiche o comportamentali.
Lo studio del fotoperiodismo nelle piante e negli animali ha dimostrato che la reazione degli organismi alla luce si basa non semplicemente sulla quantità di luce ricevuta, ma sull'alternanza di periodi di luce e di buio di una certa durata durante il giorno. Gli organismi sono in grado di misurare il tempo, ad es. Avere orologio biologico - dagli organismi unicellulari all'uomo. L'orologio biologico - sono governati anche dai cicli stagionali e da altri fenomeni biologici. L'orologio biologico determinare il ritmo quotidiano dell'attività sia di interi organismi che dei processi che si verificano anche a livello cellulare, in particolare delle divisioni cellulari.
La temperatura come fattore ambientale
Tutti i processi chimici che avvengono nel corpo dipendono dalla temperatura. I cambiamenti nelle condizioni termiche, spesso osservati in natura, influenzano profondamente la crescita, lo sviluppo e altre manifestazioni della vita di animali e piante. Esistono organismi con una temperatura corporea instabile - poichilotermici e organismi con una temperatura corporea costante - omeotermici. Gli animali poichilotermi dipendono interamente dalla temperatura dell'ambiente, mentre gli animali omeotermi sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante indipendentemente dai cambiamenti della temperatura ambientale. La stragrande maggioranza delle piante e degli animali terrestri in uno stato di vita attiva non possono tollerare temperature negative e muoiono. Il limite superiore della temperatura vitale non è lo stesso per le diverse specie, raramente superiore a 40-45 O C. Alcuni cianobatteri e batteri vivono a temperature di 70-90 O C, alcuni molluschi (fino a 53 O CON). Per la maggior parte degli animali e delle piante terrestri, le condizioni di temperatura ottimali oscillano entro limiti piuttosto ristretti (15-30 O CON). La soglia superiore della temperatura vitale è determinata dalla temperatura di coagulazione delle proteine, poiché la coagulazione proteica irreversibile (disturbo della struttura proteica) avviene ad una temperatura di circa 60° CON.
Nel processo di evoluzione, gli organismi poichilotermici hanno sviluppato vari adattamenti alle mutevoli condizioni di temperatura dell'ambiente. La principale fonte di energia termica negli animali poichilotermici è il calore esterno. Gli organismi poichilotermici hanno sviluppato vari adattamenti alle basse temperature. Alcuni animali, ad esempio i pesci artici, vivono costantemente a una temperatura di -1,8 o C, contengono sostanze (glicoproteine) nel fluido tissutale che impediscono la formazione di cristalli di ghiaccio nel corpo; gli insetti accumulano glicerolo per questi scopi. Altri animali, al contrario, aumentano la produzione di calore nel corpo a causa della contrazione attiva dei muscoli, in questo modo aumentano la temperatura corporea di diversi gradi. Altri ancora regolano il loro scambio termico grazie allo scambio di calore tra i vasi del sistema circolatorio: i vasi provenienti dai muscoli sono in stretto contatto con i vasi provenienti dalla pelle e trasportano il sangue raffreddato (questo fenomeno è caratteristico delle acque fredde pescare). Il comportamento adattivo coinvolge molti insetti, rettili e anfibi che scelgono luoghi al sole per riscaldarsi o cambiano posizioni diverse per aumentare la superficie riscaldante.
In numerosi animali a sangue freddo la temperatura corporea può variare a seconda dello stato fisiologico: ad esempio, negli insetti volanti, la temperatura corporea interna può aumentare di 10-12 o C o più a causa dell'aumento del lavoro muscolare. Gli insetti sociali, in particolare le api, hanno sviluppato un modo efficace per mantenere la temperatura attraverso la termoregolazione collettiva (un'arnia può mantenere una temperatura di 34-35 o C, necessario per lo sviluppo delle larve).
Gli animali poichilotermici sono in grado di adattarsi alle alte temperature. Anche questo avviene in modi diversi: la trasmissione del calore può avvenire per evaporazione dell'umidità dalla superficie del corpo o dalla mucosa delle prime vie respiratorie, nonché per regolazione vascolare sottocutanea (ad esempio, nelle lucertole, il la velocità del flusso sanguigno attraverso i vasi della pelle aumenta con l'aumentare della temperatura).
La termoregolazione più perfetta si osserva negli uccelli e nei mammiferi: animali omeotermi. Nel processo di evoluzione, hanno acquisito la capacità di mantenere una temperatura corporea costante grazie alla presenza di un cuore a quattro camere e di un arco aortico, che assicurava la completa separazione del flusso sanguigno arterioso e venoso; metabolismo elevato; piume o capelli; regolazione del trasferimento di calore; un sistema nervoso ben sviluppato ha acquisito la capacità di vivere attivamente a diverse temperature. La maggior parte degli uccelli ha una temperatura corporea leggermente superiore a 40 o C, e nei mammiferi è leggermente inferiore. Molto importante per gli animali non è solo la capacità di termoregolazione, ma anche il comportamento adattivo, la costruzione di rifugi e nidi speciali, la scelta di un luogo con una temperatura più favorevole, ecc. Inoltre sono in grado di adattarsi alle basse temperature in diversi modi: oltre alle piume o al pelo, gli animali a sangue caldo utilizzano il tremore (microcontrazioni dei muscoli immobili esternamente) per ridurre la perdita di calore; l'ossidazione del tessuto adiposo bruno nei mammiferi produce energia aggiuntiva che supporta il metabolismo.
L'adattamento degli animali a sangue caldo alle alte temperature è per molti versi simile ad adattamenti simili degli animali a sangue freddo - sudorazione ed evaporazione dell'acqua dalla mucosa della bocca e delle vie respiratorie superiori negli uccelli - solo quest'ultimo metodo, da allora; non hanno ghiandole sudoripare; dilatazione dei vasi sanguigni situati vicino alla superficie della pelle, che aumenta il trasferimento di calore (negli uccelli, questo processo avviene in aree del corpo non piumate, ad esempio attraverso la cresta). La temperatura, così come il regime di luce da cui dipende, cambia naturalmente durante tutto l'anno e in relazione alla latitudine geografica. Pertanto, tutti gli adattamenti sono più importanti per vivere a basse temperature.
L'acqua come fattore ambientale
L'acqua svolge un ruolo eccezionale nella vita di qualsiasi organismo, poiché è un componente strutturale della cellula (l'acqua costituisce il 60-80% della massa cellulare). L'importanza dell'acqua nella vita di una cellula è determinata dalle sue proprietà fisico-chimiche. A causa della polarità, una molecola d'acqua è in grado di attrarre qualsiasi altra molecola, formando idrati, cioè è un solvente. Molte reazioni chimiche possono avvenire solo in presenza di acqua. L'acqua è presente nei sistemi viventi buffer termico , assorbendo il calore durante la transizione dallo stato liquido a quello gassoso, proteggendo così le strutture instabili della cella dai danni durante il rilascio a breve termine di energia termica. A questo proposito produce un effetto rinfrescante quando evapora dalla superficie e regola la temperatura corporea. Le proprietà di conduttività termica dell'acqua determinano il suo ruolo principale come termoregolatore climatico in natura. L'acqua si riscalda lentamente e si raffredda lentamente: d'estate e di giorno l'acqua dei mari, degli oceani e dei laghi si riscalda, e anche di notte e d'inverno si raffredda lentamente. C'è uno scambio costante di anidride carbonica tra acqua e aria. Inoltre, l'acqua svolge una funzione di trasporto, spostando le sostanze del suolo dall'alto verso il basso e viceversa. Il ruolo dell'umidità per gli organismi terrestri è dovuto al fatto che le precipitazioni sono distribuite in modo non uniforme sulla superficie terrestre durante tutto l'anno. Nelle zone aride (steppe, deserti), le piante ottengono l'acqua con l'aiuto di un apparato radicale altamente sviluppato, a volte radici molto lunghe (per la spina di cammello - fino a 16 m), che raggiungono lo strato umido. L'elevata pressione osmotica della linfa cellulare (fino a 60-80 atm), che aumenta il potere aspirante delle radici, aiuta a trattenere l'acqua nei tessuti. Con tempo asciutto, le piante riducono l'evaporazione dell'acqua: nelle piante del deserto, i tessuti tegumentari delle foglie si ispessiscono, oppure sulla superficie delle foglie si sviluppa uno strato ceroso o una densa pubescenza. Un certo numero di piante ottengono una diminuzione dell'umidità riducendo la lamina fogliare (le foglie si trasformano in spine, spesso le piante perdono completamente le foglie: saxaul, tamerice, ecc.).
A seconda delle esigenze del regime idrico, tra le piante si distinguono i seguenti gruppi ecologici:
Le idrofite sono piante che vivono costantemente in acqua;
Idrofite - piante immerse solo parzialmente nell'acqua;
Elofite - piante palustri;
Le igrofite sono piante terrestri che vivono in luoghi eccessivamente umidi;
Mesofiti: preferiscono l'umidità moderata;
Le xerofite sono piante adattate alla costante mancanza di umidità; Tra le xerofite ci sono:
Piante grasse: accumulano acqua nei tessuti del corpo (succulente);
Sclerofite: perdono una quantità significativa di acqua.
Molti animali del deserto riescono a sopravvivere senza acqua potabile; alcuni possono correre velocemente e per lungo tempo, compiendo lunghe migrazioni verso luoghi di abbeveraggio (antilopi saiga, cammelli, ecc.); Alcuni animali ottengono l'acqua dal cibo (insetti, rettili, roditori). I depositi di grasso degli animali del deserto possono servire come una sorta di riserva d'acqua nel corpo: quando i grassi vengono ossidati, si forma acqua (depositi di grasso nella gobba dei cammelli o depositi di grasso sottocutaneo nei roditori). I rivestimenti cutanei a bassa permeabilità (ad esempio nei rettili) proteggono gli animali dalla perdita di umidità. Molti animali sono passati a uno stile di vita notturno o si nascondono nelle tane, evitando gli effetti di essiccazione della bassa umidità e del surriscaldamento. In condizioni di secchezza periodica, un certo numero di piante e animali entrano in uno stato di dormienza fisiologica: le piante smettono di crescere e perdono le foglie, gli animali vanno in letargo. Questi processi sono accompagnati da un metabolismo ridotto durante i periodi di siccità.
natura abiotica biosfera solare
Letteratura
1. http://burenina.narod.ru/3-2.htm
Http://ru-ecology.info/term/76524/
Http://www.ecology-education.ru/index.php?action=full&id=257
Http://bibliofond.ru/view.aspx?id=484744
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