Organismi abiotici. Caratterizzazione di fattori ambientali abiotici

Gli ambienti sono determinati dalle condizioni climatiche, nonché dalle condizioni del suolo e dell'acqua.

Classificazione

Esistono diverse classificazioni dei fattori abiotici. Uno dei più popolari li divide nei seguenti componenti:

• fattori fisici pressione barometrica, umidità);
• fattori chimici (composizione dell'atmosfera, materia minerale e organica del suolo, livello di pH nel suolo e altri)
• fattori meccanici (vento, frane, movimenti dell'acqua e del suolo, terreno, ecc.)

Fattori abiotici l'ambiente influiscono in modo significativo sulla distribuzione delle specie e determinano il loro areale, ad es. l'area geografica, che è l'habitat di alcuni organismi.

Temperatura

Di particolare importanza è la temperatura, poiché questo è l'indicatore più importante. A seconda della temperatura, i fattori ambientali abiotici differiscono nelle zone termali a cui è associata la vita degli organismi in natura. È freddo, temperato, tropicale e la temperatura, che è favorevole alla vita degli organismi, è detta ottimale. Quasi tutti gli organismi sono in grado di vivere nell'intervallo 0 ° - 50 ° C.

A seconda della loro capacità di esistere in diverse condizioni di temperatura, sono classificati come:

• organismi euritermali adattati alle condizioni di forti fluttuazioni di temperatura;
• organismi stenotermici esistenti in un ristretto intervallo di temperatura.

Sono considerati euritermici gli organismi che vivono prevalentemente dove prevale il clima continentale. Questi organismi sono in grado di sopportare forti sbalzi di temperatura (larve di ditteri, batteri, alghe, elminti). Alcuni organismi euritermici possono andare in letargo se il fattore di temperatura diventa "più duro". Il metabolismo in questo stato è significativamente ridotto (tassi, orsi, ecc.).

Gli organismi stenotermici possono essere trovati sia nelle piante che negli animali. Ad esempio, la maggior parte degli animali marini sopravvive a temperature fino a 30 ° C.

Gli animali sono divisi in base alla loro capacità di mantenere la propria termoregolazione, ad es. temperatura corporea costante, sul cosiddetto poichilotermico e omeotermico. I primi possono cambiare la loro temperatura, mentre nei secondi è sempre costante. Tutti i mammiferi e un certo numero di uccelli sono animali omeotermici. Tutti gli organismi sono classificati come poichilotermici, ad eccezione di alcune specie di uccelli e mammiferi. La loro temperatura corporea è vicina alla temperatura ambiente. Nel corso dell'evoluzione, gli animali omeotermici si sono adattati per proteggersi dal freddo (letargo, migrazione, pelliccia, ecc.).

Leggero

I fattori ambientali abiotici sono la luce e la sua intensità. La sua importanza è particolarmente grande per le piante fotosintetiche. Il livello di fotosintesi è influenzato dall'intensità della composizione qualitativa della luce, dalla distribuzione della luce nel tempo. Tuttavia, sono noti batteri e funghi che possono moltiplicarsi a lungo nella completa oscurità. Le piante sono divise in amanti della luce, tolleranti al calore e amanti del calore.

Per molti animali è importante la lunghezza delle ore diurne, che influisce sulla funzione sessuale, aumentandola durante le lunghe ore diurne e opprimendola durante le brevi giornate (autunno o inverno).

Umidità

L'umidità è un fattore complesso e rappresenta la quantità di vapore acqueo nell'aria e di acqua nel suolo. La durata della vita delle cellule e, di conseguenza, dell'intero organismo dipende dal livello di umidità. Il contenuto di umidità del suolo è influenzato dalla quantità di precipitazioni, dalla profondità dell'acqua nel suolo e da altre condizioni. L'umidità è necessaria per dissolvere i minerali.

Fattori abiotici dell'ambiente acquatico

I fattori chimici non sono inferiori nella loro importanza ai fattori fisici. Un ruolo importante appartiene al gas e alla composizione dell'ambiente acquatico. Quasi tutti gli organismi richiedono ossigeno e un certo numero di organismi richiede azoto, idrogeno solforato o metano.

I fattori fisici abiotici dell'ambiente sono la composizione del gas, che è estremamente importante per quegli esseri viventi che vivono nell'ambiente acquatico. Nelle acque del Mar Nero, ad esempio, c'è molto idrogeno solforato, motivo per cui questo bacino è considerato poco favorevole per molti organismi. La salinità è una componente importante dell'ambiente acquatico. La maggior parte degli animali acquatici vive in acque salate, meno in acque dolci e ancora meno in acque leggermente salmastre. La distribuzione e la riproduzione degli animali acquatici è influenzata dalla capacità di mantenere la composizione salina dell'ambiente interno.

Tutta la vita sulla Terra è associata a un habitat, che comprende una varietà di aree geografiche e le comunità di organismi viventi che le abitano. Per la natura dell'azione, il rapporto dell'organismo con l'ambiente può essere abiotico(questo include fattori di natura inanimata - condizioni ambientali fisiche e chimiche) e biotico(fattori della natura vivente - relazioni interspecifiche e intraspecifiche).

L'attività vitale degli organismi è impossibile senza un costante afflusso di energia dall'esterno. La sua fonte è il Sole. La rotazione della Terra attorno al suo asse porta ad una distribuzione non uniforme dell'energia del Sole, la sua radiazione di calore... A questo proposito, l'atmosfera sulla terra e sull'oceano si riscalda in modo non uniforme e le differenze di temperatura e pressione del terreno provocano il movimento delle masse d'aria, i cambiamenti nell'umidità dell'aria, che influenzano il corso delle reazioni chimiche, le trasformazioni fisiche e, direttamente o indirettamente, tutte le fenomeni (la natura della dispersione della vita , bioritmi, ecc.). Un complesso di fattori ha un effetto regolatore sulla densità della vita: luce, temperatura, acqua, minerali nutrienti e altri L'evoluzione della vita è stata condotta nella direzione di un efficace adattamento a questi fattori: "fluttuazioni di umidità, illuminazione, temperatura, vento, gravità, ecc. Il rapporto degli organismi tra loro e con l'ambiente è studiato dalla scienza ecologisti Sono. Considerare l'importanza dei singoli fattori ambientali.

Leggero- la principale fonte di energia sulla Terra. La natura della luce è duplice: da un lato, è un flusso di particelle fisiche elementari - corpuscoli o fotoni, che non hanno carica, dall'altro ha proprietà ondulatorie. Più corta è la lunghezza d'onda del fotone, maggiore è la sua energia e viceversa. L'energia dei fotoni serve come fonte per garantire il fabbisogno energetico delle piante durante la fotosintesi, quindi una pianta verde non può esistere senza luce.

La luce (illuminazione) è un potente stimolo per l'attività degli organismi - fotoperiodismo nella vita delle piante (crescita, fioritura, fogliame) e degli animali (muta, accumulo di grasso, migrazione e riproduzione di uccelli e mammiferi, inizio della fase dormiente - diapausa, reazioni comportamentali, ecc.). La durata delle ore diurne dipende dalla latitudine geografica. Ciò è legato all'esistenza di piante a giorno lungo, la cui fioritura avviene quando il periodo di luce del giorno è di 12 ore o più (patate, segale, avena, grano, ecc.) e piante a giorno corto con un fotoperiodo di 12 ore o meno (la maggior parte delle piante da fiore tropicali, soia, miglio, canapa, mais e molte altre piante nella zona temperata). Ma ci sono piante la cui fioritura non dipende dalla lunghezza del giorno (pomodori, denti di leone, ecc.). I ritmi di illuminazione causano diverse attività negli animali durante il giorno e la notte o al tramonto, nonché fenomeni stagionali: in primavera - preparazione per la riproduzione, in autunno - per il letargo, muta.

La radiazione solare a onde corte (290 nm) è rappresentata dai raggi ultravioletti (UV). La maggior parte di essi viene assorbita dallo strato di ozono nell'alta atmosfera; i raggi UV a minor energia (300-400 nm) penetrano nella Terra, dannosi per molti microrganismi e le loro spore; nell'uomo e negli animali, questi raggi attivano la sintesi della vitamina D dal colesterolo e la formazione dei pigmenti della pelle e degli occhi. La radiazione a onde medie (600-700 nm) è la parte arancione dello spettro e viene assorbita dalla pianta durante la fotosintesi.

Come manifestazione di reazioni adattative al cambiamento del giorno e della notte negli animali e nell'uomo, si osserva il ritmo quotidiano del tasso metabolico, la frequenza respiratoria, la frequenza cardiaca e il livello di pressione sanguigna, la temperatura corporea, la divisione cellulare, ecc. Nell'uomo sono stati identificati più di cento processi fisiologici di natura bioritmologica, grazie ai quali c'è coerenza nelle persone sane. diverse funzioni... La ricerca sul bioritmo ha Grande importanza sviluppare misure per facilitare l'adattamento umano alle nuove condizioni durante i voli a lunga distanza, il trasferimento delle persone nelle regioni della Siberia, Dell'estremo oriente, Nord, Antartide.

Si ritiene che la violazione dei meccanismi regolatori per il mantenimento dell'ambiente interno del corpo (omeostasi) sia una conseguenza dell'urbanizzazione e dell'industrializzazione: come più a lungo il corpo è isolato dai fattori climatici esterni e si trova nelle condizioni confortevoli del microclima della stanza, più notevolmente diminuiscono le sue reazioni adattative ai cambiamenti dei fattori meteorologici, la capacità di termoregolazione è compromessa e i disturbi cardiovascolari si verificano più spesso.

Effetto biologico fotoni consiste nel fatto che la loro energia nel corpo degli animali provoca uno stato eccitato di elettroni nelle molecole dei pigmenti (porfirine, carotenoidi, flavine), che trasferiscono l'eccesso risultante della loro energia ad altre molecole, e in questo modo una catena di trasformazioni chimiche è innescato. proteine ​​e acidi nucleici assorbono i raggi UV con una lunghezza d'onda di 250-320 nm, che possono causare un effetto genetico (mutazioni genetiche); i raggi di lunghezza d'onda più corta (200 nm o meno) non solo eccitano le molecole, ma possono anche distruggerle.

V l'anno scorso Molta attenzione è rivolta allo studio del processo di fotoriattivazione - la capacità delle cellule dei microrganismi di indebolire ed eliminare completamente l'effetto dannoso della radiazione UV del DNA, se le cellule irradiate vengono poi coltivate non al buio, ma alla luce visibile. La fotoriattivazione è un fenomeno universale, viene effettuata con la partecipazione di specifici enzimi cellulari, la cui azione è attivata da quanti di luce di una certa lunghezza d'onda.

Temperatura ha un effetto regolatore su molti processi nella vita di piante e animali, modificando l'intensità del metabolismo. L'attività degli enzimi cellulari varia da 10 a 40 ° C, a basse temperature le reazioni sono lente, ma quando viene raggiunta la temperatura ottimale, l'attività degli enzimi viene ripristinata. I limiti di resistenza degli organismi in relazione al fattore di temperatura per la maggior parte delle specie non superano i 40-45 ° C, le basse temperature hanno un effetto meno negativo sul corpo rispetto alle alte temperature. L'attività vitale dell'organismo si svolge nell'intervallo da -4 a 45 ° C. Tuttavia, un piccolo gruppo di organismi inferiori può vivere in sorgenti termali a una temperatura di 85 ° C (batteri dello zolfo, alghe blu-verdi, alcuni nematodi), molti organismi inferiori possono resistere facilmente a temperature molto basse (la loro resistenza al congelamento è spiegata da l'elevata concentrazione di sali e sostanze organiche nel citoplasma) ...

Ogni specie di animali, piante e microrganismi ha sviluppato i necessari adattamenti sia alle alte che alle basse temperature. Quindi, quando arriva il freddo, molti insetti si nascondono nel terreno, sotto la corteccia degli alberi, nelle fessure delle rocce, le rane si insinuano nel limo sul fondo dei bacini idrici, alcuni animali terrestri vanno in letargo e stordiscono. L'adattamento dal surriscaldamento nella stagione calda nelle piante si esprime in un aumento dell'evaporazione dell'acqua attraverso gli stomi, negli animali - sotto forma di evaporazione dell'acqua attraverso il sistema respiratorio e la pelle. Gli animali che non hanno un sistema di termoregolazione attivo (a sangue freddo, o poichilotermico) non tollerano bene le fluttuazioni della temperatura esterna, quindi i loro areali a terra sono relativamente limitati (anfibi, rettili). Con l'inizio del freddo, il loro metabolismo, il consumo di cibo e ossigeno diminuiscono, vanno in letargo o cadono in stato di animazione sospesa(un brusco rallentamento dei processi vitali pur mantenendo la capacità di rivitalizzare) e in condizioni meteorologiche favorevoli, si svegliano e ricominciano una vita attiva. Spore e semi di piante e tra gli animali - ciliati, rotiferi, insetti, zecche, ecc. - possono essere in uno stato di animazione sospesa per molti anni. Il sangue caldo nei mammiferi e negli uccelli consente loro di sopportare condizioni sfavorevoli in uno stato attivo, utilizzando rifugi, quindi sono meno dipendenti dall'ambiente. Durante i periodi di estremo aumento della temperatura in condizioni desertiche, gli animali si sono adattati a sopportare il caldo per immersione. nel letargo estivo. Piante di deserti e semi-deserti in primavera per molto a breve termine completano la stagione vegetativa e, dopo la maturazione dei semi, perdono il fogliame, entrando in una fase dormiente (tulipani, bluegrass bulbosa, rosa di Gerico, ecc.).

Acqua. Con l'energia del Sole, l'acqua risale dalla superficie dei mari e degli oceani e ritorna alla Terra sotto forma di vari sedimenti, esercitando un effetto versatile sugli organismi. L'acqua è il componente più importante della cellula, rappresenta il 60-80% della sua massa. Il significato biologico dell'acqua è dovuto alle sue proprietà fisiche e chimiche. La molecola dell'acqua è polare, quindi è in grado di attrarre varie altre molecole e di indebolire l'intensità dell'interazione tra le cariche di queste molecole, formando con esse idrati, cioè fungendo da solvente. Molte sostanze entrano in varie reazioni chimiche solo in presenza di acqua.

Le proprietà dielettriche, la presenza di legami tra le molecole determinano l'elevata capacità termica dell'acqua, che crea un "tampone termico" nei sistemi viventi, proteggendo le strutture cellulari instabili dai danni durante il rilascio locale a breve termine di energia termica. Assorbendo calore durante il passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso, l'acqua produce raffreddamento; l'effetto evaporativo utilizzato dagli organismi per regolare la temperatura corporea. Grazie alla sua elevata capacità termica, l'acqua svolge il ruolo di termostato climatico principale. Il suo lento riscaldamento e raffreddamento regola le fluttuazioni della temperatura di oceani e laghi: in estate e durante il giorno accumulano calore, che cedono in inverno e di notte. La stabilizzazione del clima è facilitata anche dal costante scambio di anidride carbonica tra l'aria e l'acqua dei gusci della terra e delle rocce, oltre che tra flora e fauna. L'acqua svolge un ruolo di trasporto nel movimento delle sostanze del suolo dall'alto verso il basso e nella direzione opposta. Nel suolo fungono da habitat per organismi unicellulari (amebe, flagellati, ciliati, alghe).

A seconda del regime di umidità, le piante in luoghi e la crescita normale sono suddivise in piante-igrofite luoghi eccessivamente umidi, piante-mesofite abbastanza luoghi umidi e xerofite - piante di habitat aridi. C'è anche un gruppo di piante da fiore acquatiche - idrofite, che vivono nell'ambiente acquatico (punta di freccia, elodea, hornwort). La mancanza di umidità funge da fattore limitante che determina i confini della vita e la sua distribuzione zonale. Con la mancanza di acqua, animali e piante sviluppano adattamenti per la sua estrazione e conservazione. Una delle funzioni delle foglie che cadono è un adattamento contro l'eccessiva perdita d'acqua. Nelle piante in luoghi aridi, le foglie sono piccole, a volte sotto forma di squame (in questo caso il fusto assume la funzione di fotosintesi); la distribuzione degli stomi sulla foglia ha lo stesso scopo, che può ridurre l'evaporazione dell'acqua. Gli animali in condizioni di bassissima umidità sono attivi di notte per evitare perdite d'acqua, di giorno si nascondono nelle tane e addirittura cadono in torpore o letargo. I roditori non bevono acqua, ma la reintegrano con alimenti vegetali. Una sorta di riserva d'acqua per gli animali del deserto sono i depositi di grasso (gobba in un cammello, depositi di grasso sottocutaneo nei roditori, corpi grassi negli insetti), da cui viene fornita acqua, che si forma nel corpo durante le reazioni ossidative durante la scomposizione del grasso. Pertanto, tutti i fatti dell'adattabilità degli organismi alle condizioni di vita sono una vivida illustrazione dell'opportunità nella natura vivente, che è sorta sotto l'influenza della selezione naturale.

Radiazione ionizzante. La radiazione con energia molto elevata, che può portare alla formazione di coppie di ioni positivi e negativi, è chiamata ionizzante. Il suo la fonte sono sostanze radioattive, contiene vivere nelle rocce; inoltre, viene dallo spazio. Dei tre tipi di radiazioni ionizzanti che hanno un importante significato ambientale, due sono radiazione corpuscolare (alfa e particelle beta), e il terzo elettromagnetico (radiazione gamma e radiazioni a raggi X vicino ad esso). La radiazione gamma penetra facilmente nei tessuti viventi; questa radiazione può attraversare il corpo senza avere alcun effetto, oppure può causare ionizzazione su gran parte del suo percorso.

Nel complesso, le radiazioni ionizzanti hanno l'effetto più distruttivo sugli organismi più sviluppati e complessi; una persona è particolarmente sensibile.
Contaminanti. Queste sostanze possono essere divise in due gruppi: composti naturali, che sono scarti di processi tecnologici e composti artificiali che non si trovano in natura.

Il 1o gruppo comprende anidride solforosa, anidride carbonica, ossidi di azoto, carbonio, idrocarburi, composti di rame, zinco e mercurio, ecc., fertilizzanti minerali.

Il secondo gruppo comprende sostanze artificiali con proprietà speciali che soddisfano i bisogni umani: pesticidi, utilizzati per combattere i parassiti animali delle colture agricole, gli antibiotici utilizzati in medicina e la medicina veterinaria per curare le malattie infettive. I pesticidi includono insetticidi, che sono agenti per il controllo degli insetti nocivi e erbicidi -. prodotti per il controllo delle infestanti.

Tutti hanno una certa tossicità (tossicità) per l'uomo.

I fattori abiotici includono anche gas atmosferici, sostanze minerali, pressione barometrica, movimento delle masse d'aria e dell'idrosfera (corrente), base minerale del suolo, salinità dell'acqua e del suolo.

Soffermiamoci sul significato elementi minerali... Un certo numero di sostanze inorganiche si trovano nel corpo nella composizione dei sali e per dissociazione formano ioni (cationi e anioni): Na +, Mg2 +, PO43-, Cl-, K +, Ca2 +, CO32-, NO3-. Il valore della composizione ionica nella cellula si rivela su molti aspetti della sua vita. Ad esempio, il potassio interagisce selettivamente con la proteina muscolare contrattile miosina, diminuendo la viscosità della linfa cellulare e provocando il rilassamento muscolare. Il calcio aumenta la viscosità del citoplasma e stimola la contrazione muscolare, abbassa la soglia di eccitabilità nervosa e viene rilasciato dal sistema di membrane durante la contrazione muscolare. In grandi dosi, il calcio viene consumato da molluschi e vertebrati, che ne hanno bisogno per la crescita di conchiglie e ossa. C'è molto sodio negli animali principalmente nel fluido extracellulare e potassio - all'interno della cellula; il loro movimento reciproco crea una differenza nei potenziali elettrici tra i fluidi all'interno e all'esterno delle cellule, che è alla base della trasmissione degli impulsi nervosi.

Gli ioni di magnesio influenzano l'aggregazione dei ribosomi: con una diminuzione della loro concentrazione, il ribosoma si divide in due parti. Il magnesio fa parte della molecola della clorofilla e di alcuni enzimi. Le piante hanno bisogno di Mn, Fe, Cl, Zn per la fotosintesi; per lo scambio di azoto - Mo, B, Co, Cu, Si. La molecola dell'emoglobina contiene ferro, l'ormone tiroideo Noè ghiandole - iodio. Lo zinco è coinvolto in molte reazioni di idrolisi rompendo i legami tra atomi di carbonio e ossigeno. Assenza o carenza di Na+, Mg2+, K+, Ca2 + , porta alla perdita di eccitabilità cellulare e alla morte.
V condizioni naturali la mancanza di alcuni microelementi porta allo sviluppo di malattie umane endemiche (caratteristica solo di una certa area): gozzo endemico (mancanza di iodio nell'acqua potabile), fluorosi e denti maculati (eccessiva assunzione di fluoro), ecc. Mancanza di rame nelle erbe cresce su terreni paludosi e torbosi, porta ad anemia nei bovini, disturbi dell'apparato digerente, danni al sistema centrale sistema nervoso, scolorimento del mantello, ecc.

Anche un eccesso di oligoelementi è indesiderabile. In particolare, in alcune zone, sono noti rachitismo da stronzio e tossicosi cronica da molibdeno negli animali, diarrea nei bovini, calo della produzione di latte, cambiamento del colore del mantello). Molte domande sul ruolo degli oligoelementi nell'insorgenza di alcuni disturbi fisiologici non sono ancora state studiate a sufficienza.

Questi sono fattori di natura inanimata che agiscono direttamente o indirettamente sul corpo: luce, temperatura, umidità, Composizione chimica aria, acqua e ambiente del suolo, ecc. (cioè le proprietà dell'ambiente, la cui comparsa e impatto non dipendono direttamente dall'attività degli organismi viventi).

Leggero

(radiazione solare) - fattore ambientale, caratterizzato dall'intensità e dalla qualità dell'energia radiante del sole, che viene utilizzata dalla fotosintesi delle piante verdi 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, lo scambio idrico degli organismi, la creazione e la trasformazione della materia organica mediante il legame autotrofico della biosfera, che alla fine consente di formare un ambiente capace di soddisfare i bisogni vitali degli organismi.

L'effetto biologico della luce solare è determinato dalla sua composizione spettrale [mostrare] ,

Si distingue la composizione spettrale della luce solare

• raggi infrarossi (lunghezza d'onda superiore a 0,75 μm)
• raggi visibili (0,40-0,75 micron) e
• raggi ultravioletti (meno di 0,40 micron)

Diverse parti dello spettro solare sono diseguali nell'effetto biologico.

Infrarossi, o calore, i raggi trasportano la quantità principale di 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 organismo, 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 svolgere la traspirazione, con l'aiuto della quale il calore in eccesso viene rimosso dalle foglie dal vapore acqueo, nonché di creare condizioni ottimali per l'ingresso di anidride carbonica attraverso gli stomi.

Parte visibile dello spettro costituiscono circa il 50% dell'energia radiante che entra nella Terra. Le piante hanno bisogno di questa energia per la fotosintesi. Tuttavia, solo l'1% di esso viene utilizzato per questo, il resto viene riflesso o dissipato sotto forma di calore. Questa parte dello spettro ha dato origine a molti importanti adattamenti negli organismi vegetali e animali. Nelle piante verdi, oltre alla formazione di un complesso di pigmenti che assorbe la luce, con l'aiuto del quale viene effettuato il processo di fotosintesi, è sorto un colore brillante di fiori, che contribuisce all'attrazione degli impollinatori.

Per gli animali, la luce svolge principalmente un ruolo informativo ed è coinvolta nella regolazione di molti processi fisiologici e biochimici. Già nei protozoi ci sono organelli sensibili alla luce (l'occhio sensibile alla luce in euglena è 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, praticamente tutti gli animali sviluppano organi sensibili alla luce di varie strutture. Ci sono animali notturni e crepuscolari (gufi, pipistrelli, ecc.), Così come animali che vivono nell'oscurità costante (orso, ascaridi, talpa, ecc.).

parte ultravioletta caratterizzato dalla più alta energia dei quanti e da un'elevata attività fotochimica. Con l'aiuto dei raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda di 0,29-0,40 micron nel corpo degli animali, viene eseguita la biosintesi della vitamina D, dei pigmenti retinici e della pelle. Questi raggi sono percepiti meglio dagli organi visivi di molti insetti; nelle piante hanno un effetto formante e promuovono la 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 [mostrare] ,

Le piante, la cui attività vitale è interamente dipendente dalla luce, sviluppano vari adattamenti morfostrutturali e funzionali al regime luminoso dei loro habitat. In base ai requisiti per le condizioni di illuminazione, le piante sono suddivise nei seguenti gruppi ecologici:

1. Piante amanti della luce (eliofite) habitat aperti che crescono con successo solo in piena luce solare. Sono caratterizzati da un alto tasso di fotosintesi. Si tratta di piante primaverili di steppe e semideserti (cipolle d'oca, tulipani), piante di pendii privi di alberi (salvia, menta, timo), cereali, piantaggine, ninfea, acacia, ecc.
2. Piante tolleranti all'ombra sono caratterizzati da un'ampia ampiezza ecologica al fattore luce. Crescono meglio in condizioni di luce elevata, ma sono in grado di adattarsi a condizioni di diversi livelli di ombreggiatura. Si tratta di piante legnose (betulla, quercia, pino) ed erbacee (fragoline di bosco, violetta, iperico, ecc.).
3. Piante amanti dell'ombra (sciofite) non tollerano una forte illuminazione, crescono solo in luoghi ombreggiati (sotto il baldacchino di una foresta) e non crescono mai in quelli aperti. Nelle radure sotto una forte luce, rallentano la loro crescita e talvolta muoiono. Tali piante includono erbe forestali - felci, muschi, oxalis, ecc. L'adattamento all'ombreggiatura è solitamente combinato con la necessità di un buon approvvigionamento idrico.

Frequenza giornaliera e stagionale [mostrare] .

La frequenza 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 segnale più importante che consente a piante e animali di "misurare il tempo" - il rapporto tra la durata del periodo di illuminazione e l'oscurità durante il giorno, per 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 durata del giorno e della notte che cambia in modo molto accurato e regolare durante 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 ciclo vitale la maggior parte delle specie. Nelle piante, l'effetto fotoperiodico si manifesta nel coordinamento del periodo di fioritura e maturazione dei frutti con il periodo della fotosintesi più attiva, negli animali - nella coincidenza del tempo di riproduzione con il periodo di abbondanza di cibo, negli insetti - all'inizio della diapausa e all'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 richiesta del periodo di luce, le piante sono suddivise in

• long-day, che richiedono più di 12 ore di luce per la normale crescita e sviluppo (lino, cipolle, carote, avena, giusquiamo, droga, giovani, patate, belladonna, ecc.);
• piante a giorno corto - hanno bisogno 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 genitali 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, quelle corte da quelle meridionali. Nella zona tropicale, dove la lunghezza del giorno e della notte cambia poco durante l'anno, il fotoperiodo non può fungere da fattore orientativo nella periodicità dei processi biologici. È sostituito da un'alternanza di stagioni secche e umide. Le specie a giorno lungo riescono a produrre raccolti anche nella breve estate settentrionale. La formazione di una grande massa di materia organica 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 lunghezza del giorno influisce in modo significativo sul comportamento degli animali. Con l'inizio giorni di primavera, la cui durata aumenta progressivamente, gli uccelli sviluppano istinti di nidificazione, ritornano dalle regioni calde (sebbene la temperatura dell'aria possa essere ancora sfavorevole), iniziano a deporre le uova; animali a sangue caldo muta.

Una diminuzione della lunghezza del giorno in autunno provoca fenomeni stagionali opposti: gli uccelli volano via, alcuni animali vanno in letargo, altri sviluppano un fitto mantello e gli insetti sviluppano fasi di svernamento (nonostante la temperatura ancora favorevole e l'abbondanza di cibo). In questo caso, una diminuzione della lunghezza del giorno segnala agli organismi viventi l'imminente inizio del periodo invernale e possono prepararsi in anticipo.

Negli animali, specialmente negli artropodi, la crescita e lo sviluppo dipendono anche dalla durata delle ore diurne. Ad esempio, il cavolo bianco, la falena della betulla si sviluppano normalmente solo con lunghe ore diurne, mentre il baco da seta, varie specie di locuste e la paletta - con una giornata corta. Il fotoperiodismo influenza anche il momento dell'inizio e della fine della stagione degli amori negli uccelli, nei mammiferi e in altri animali; per la riproduzione, lo sviluppo embrionale di anfibi, rettili, uccelli e mammiferi;

I cambiamenti stagionali e giornalieri dell'illuminazione sono gli orologi più precisi, il cui corso è chiaramente regolare e praticamente non è cambiato durante l'ultimo periodo di evoluzione.

Grazie a ciò, è stato possibile regolare artificialmente lo sviluppo di animali e piante. Ad esempio, la realizzazione di 12-15 ore di luce diurna per piante in serra, serre o serre permette anche in inverno di coltivare ortaggi, piante ornamentali, e accelerare la crescita e lo sviluppo delle piantine. Al contrario, le piante da ombra in estate accelerano la comparsa di fiori o semi di piante autunnali a fioritura tardiva.

Continuare la giornata con l'illuminazione artificiale in inverno può aumentare il periodo di produzione di uova di polli, oche, anatre e regolare la riproduzione degli animali da pelliccia negli allevamenti da pelliccia. Il fattore luce svolge anche un ruolo enorme in altri processi vitali degli animali. Prima di tutto, è una condizione necessaria per la visione, il loro orientamento visivo nello spazio a seguito della percezione da parte degli organi di visione dei raggi luminosi diretti, sparsi o riflessi dagli oggetti circostanti. Il contenuto informativo per la maggior parte degli animali di luce polarizzata, la capacità di distinguere i colori, di navigare con fonti di luce astronomica nelle migrazioni autunnali e primaverili degli uccelli, nelle capacità di navigazione di altri animali è eccezionale.

Sulla base del fotoperiodismo nelle piante e negli animali, nel processo di evoluzione, si sono sviluppati specifici cicli annuali di periodi di crescita, riproduzione, preparazione all'inverno, che sono chiamati ritmi annuali o stagionali. Questi ritmi si manifestano in un cambiamento nell'intensità della natura dei processi biologici e si ripetono con periodicità annuale. La coincidenza dei periodi del ciclo vitale con la corrispondente stagione 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 di piante e animali sono strettamente dipendenti dal ritmo quotidiano, che è 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 ormonale, nel tasso di divisione cellulare, ecc. Sonno, ecc. I ritmi biologici sono reazioni ereditarie fisse , quindi, la conoscenza dei loro meccanismi è importante nell'organizzazione del lavoro e del riposo umani.

Temperatura

Uno dei più importanti fattori abiotici da cui dipende in gran parte l'esistenza, lo sviluppo e la distribuzione degli organismi sulla Terra [mostrare] .

Il limite superiore di temperatura per la vita sulla Terra è probabilmente di 50-60 ° C. A tali temperature, si verifica una perdita di attività enzimatica e coagulazione proteica. Tuttavia, l'intervallo di temperatura generale della vita attiva sul pianeta è molto più ampio ed è limitato dai seguenti limiti (Tabella 1)

Tabella 1. Intervallo di temperatura della vita attiva sul pianeta, ° С

Tra gli organismi che possono esistere a temperature molto elevate, sono note alghe termofile che possono vivere nelle sorgenti termali a 70-80°C. Licheni, semi e organi vegetativi di piante del deserto (saxaul, spine di cammello, tulipani), situati nello strato superiore del terreno caldo, tollerano con successo temperature molto elevate (65-80 ° C).

Ci sono molte specie di animali e piante che possono sopportare alti valori di temperature sotto lo zero. Gli alberi e gli arbusti in Yakutia non si congelano a meno 68 ° C. I pinguini vivono in Antartide a meno 70 ° С e orsi polari, volpi artiche e gufi delle nevi vivono nell'Artico. Le acque polari con temperature da 0 a -2 ° sono abitate da vari rappresentanti di flora e fauna: microalghe, invertebrati, pesci, il cui ciclo vitale si verifica costantemente in tali condizioni di temperatura.

Il valore della temperatura consiste principalmente nella sua influenza diretta sulla velocità e sulla natura del corso delle reazioni metaboliche negli organismi. Poiché le fluttuazioni di temperatura giornaliere e stagionali aumentano con la distanza dall'equatore, piante e animali, adattandosi ad esse, mostrano esigenze di calore differenti.

Metodi di adattamento

• Migrazione - trasferimento in condizioni più favorevoli. Le 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, la cessazione della nutrizione. Si osserva negli insetti, pesci, anfibi, mammiferi quando la temperatura ambiente scende in autunno, inverno (letargo) o quando aumenta in estate nei deserti (letargo estivo).
• L'anabiosi è uno stato di forte soppressione dei processi vitali, quando le manifestazioni visibili della vita cessano temporaneamente. Questo fenomeno è reversibile. È notato nei microbi, nelle piante, negli animali inferiori. I semi di alcune piante in animazione sospesa possono avere 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 animazione sospesa. In esperimenti di laboratorio, semi, polline, spore di piante, nematodi, rotiferi, cisti di protozoi e altri organismi, spermatozoi dopo disidratazione o collocazione in soluzioni di speciali sostanze protettive - crioprotettori - tollerano temperature prossime allo zero assoluto.

Finora sono stati compiuti progressi in uso pratico sostanze con proprietà crioprotettive (glicerina, polietilene ossido, dimetilsolfossido, saccarosio, mannitolo, ecc.) in biologia, agricoltura, medicina. Nelle soluzioni di crioprotettori, viene effettuata la conservazione a lungo termine di sangue in scatola, sperma per l'inseminazione artificiale di animali da allevamento, alcuni organi e tessuti per il trapianto; protezione delle piante dalle gelate invernali, dalle prime gelate primaverili, ecc. Questi problemi sono di competenza della criobiologia e della criomedicina e vengono risolti da molte istituzioni scientifiche.

• Termoregolazione. Piante e animali nel processo di evoluzione hanno sviluppato vari meccanismi di termoregolazione:

1. nelle piante
   • fisiologico - l'accumulo di zucchero nelle cellule, a causa del quale aumenta la concentrazione di linfa cellulare e diminuisce il contenuto di acqua delle cellule, che contribuisce alla resistenza al gelo delle piante. Ad esempio, in una betulla nana, ginepro, i rami superiori muoiono a una temperatura estremamente bassa e quelli striscianti svernano sotto la neve e non muoiono.
   • fisico
     1. traspirazione stomatica - rimozione del calore in eccesso e prevenzione delle ustioni rimuovendo l'acqua (evaporazione) dal corpo della pianta
     2. morfologico - volto a prevenire il surriscaldamento: densa pubescenza delle foglie per disperdere i raggi del sole, una superficie lucida per il loro riflesso, una diminuzione della superficie assorbente i raggi - rotolamento della lamina fogliare in un tubo (piuma, festuca), la posizione di il bordo della foglia ai raggi del sole (eucalipto), riduzione del fogliame ( saxaul, cactus); finalizzato a prevenire il congelamento: forme speciali di crescita - nanismo, formazione di forme striscianti (svernamento sotto la neve), colore scuro (aiuta ad assorbire meglio i raggi di calore e a riscaldarsi sotto la neve)
2. negli animali
   • a sangue freddo (pochilotermico, ectotermico) [invertebrati, pesci, anfibi e rettili] - la regolazione della temperatura corporea viene eseguita passivamente a causa dell'aumento del lavoro muscolare, delle caratteristiche della struttura e del colore dei tegumenti, alla ricerca di luoghi in cui l'assorbimento intenso della luce solare è possibile, ecc., t .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 ritorno dell'energia radiante).
   • a sangue caldo (omeotermico, endotermico) [uccelli e mammiferi] - sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante indipendentemente dalla temperatura dell'ambiente. Questa proprietà permette 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 [mostrare] .
     • Il meccanismo chimico della termoregolazione è fornito dalla velocità e dall'intensità delle reazioni redox ed è controllato in modo riflessivo dal sistema nervoso centrale. Ruolo importante nel miglioramento dell'efficienza meccanismo chimico la termoregolazione ha svolto aromorfosi come la comparsa di un cuore a quattro camere, il miglioramento degli organi respiratori negli uccelli e nei mammiferi.
     • Il meccanismo fisico della termoregolazione è fornito 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, un diverso livello di temperatura corporea a seconda dell'attività funzionale del corpo. L'eterotermia è caratteristica degli animali che vanno in letargo o in un intorpidimento temporaneo durante un periodo sfavorevole dell'anno. Allo stesso tempo, l'alta temperatura del loro corpo è notevolmente ridotta a causa del rallentamento del metabolismo (scoiattoli di terra, ricci, pipistrelli, pulcini veloci, ecc.).

Limiti di resistenza grandi valori del fattore di temperatura sono diversi sia negli organismi poichilotermici che in quelli omeotermici.

Le specie euritermali sono in grado di tollerare ampie fluttuazioni di temperatura.

Gli organismi stenotermici vivono in ristretti limiti di temperatura, suddividendosi in specie stenotermiche termofile (orchidee, cespugli di tè, caffè, coralli, meduse, ecc.) e amanti del freddo (cedro nano, vegetazione preglaciale e della tundra, pesci dei bacini polari, animali abissali - aree delle maggiori profondità oceaniche, ecc.).

Per ogni organismo o gruppo di individui esiste una zona di temperatura ottimale, all'interno della quale l'attività si esprime particolarmente bene. Sopra questa zona c'è una zona di torpore termico temporaneo, ancora più alto - una zona di inattività prolungata o letargo estivo, al confine con una zona di alta temperatura letale. Quando quest'ultimo scende al di sotto dell'optimum, si ha una zona di freddo torpore, ibernazione e bassa temperatura letale.

La distribuzione degli individui nella popolazione, in funzione della variazione del fattore di temperatura sul territorio, è generalmente soggetta alla stessa regolarità. La zona delle temperature ottimali corrisponde alla più alta densità di popolazione e su entrambi i lati si osserva una diminuzione della densità fino al confine dell'intervallo, dove è più bassa.

Il fattore di temperatura su un ampio territorio 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 della fornitura di energia termica ad aree simmetriche di entrambi gli emisferi del globo, a partire dall'equatore, si distinguono le seguenti zone climatiche:

1. Zona tropicale... La temperatura media annuale minima supera i 16°C, nei giorni più freddi non scende al di sotto di 0°C. Gli sbalzi di temperatura nel tempo sono insignificanti, l'ampiezza non supera i 5°C. La vegetazione è tutto l'anno.
2. Zona subtropicale... La temperatura media del mese più freddo non è inferiore a 4 ° C e la più calda - superiore a 20 ° C. Le temperature sotto lo zero sono rare. In inverno non c'è un manto nevoso stabile. La stagione di crescita dura 9-11 mesi.
3. Zona temperata... La stagione di crescita estiva e il periodo invernale di dormienza delle piante sono ben pronunciati. Nella parte principale della zona è presente un manto nevoso stabile. Le gelate sono tipiche in primavera e in autunno. A volte questa zona è suddivisa in due: moderatamente calda e moderatamente fredda, che sono caratterizzate da quattro stagioni.
4. Zona fredda... La temperatura media annuale è inferiore a 0 ° C, sono possibili gelate anche durante una stagione di crescita breve (2-3 mesi). La fluttuazione annuale della temperatura è molto ampia.

La regolarità della distribuzione verticale della vegetazione, dei suoli e della fauna nelle regioni montuose è dovuta principalmente anche al fattore temperatura. Nelle montagne del Caucaso, dell'India, 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 altezza.

Umidità

Un fattore ecologico caratterizzato dal contenuto di acqua nell'aria, nel suolo, negli organismi viventi. In natura, c'è un ritmo quotidiano di umidità: aumenta di notte e diminuisce durante il giorno. Insieme alla temperatura e alla luce, l'umidità svolge un ruolo importante nella regolazione dell'attività degli organismi viventi. La fonte di 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 è nata 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 il mezzo principale nella cellula, dove 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 almeno 3/4 di acqua.

In relazione all'acqua, le piante superiori si dividono in

• idrofite - piante acquatiche (ninfea, punta di freccia, lenticchia d'acqua);
• igrofiti - abitanti di luoghi eccessivamente umidi (calamo, guardia);
• mesofite - piante con normali condizioni di umidità (mughetto, valeriana, lupino);
• xerofite - piante che vivono in condizioni di deficit idrico costante o stagionale (saxaul, spine di cammello, efedra) e le loro varietà di piante grasse (cactus, asclepiade).

Adattamento a vivere in un ambiente disidratato e un ambiente con una mancanza periodica di umidità Una caratteristica importante dei principali fattori climatici (luce, temperatura, umidità) è la loro regolare variabilità nel corso di un ciclo annuale e anche giornaliero, oltre che in funzione della zonazione geografica. A questo proposito, gli adattamenti degli organismi viventi hanno anche un carattere naturale e stagionale. L'adattamento degli organismi alle condizioni ambientali può essere rapido e reversibile o piuttosto lento, a seconda della profondità del fattore. Come risultato dell'attività vitale, gli organismi sono in grado di modificare le condizioni abiotiche della vita. Ad esempio, le piante del livello inferiore si trovano in condizioni di illuminazione inferiore; i processi di decadimento delle sostanze organiche che si verificano nei corpi idrici spesso causano carenza di ossigeno per altri organismi. A causa dell'attività degli organismi acquatici, la temperatura e i regimi dell'acqua, la quantità di ossigeno, anidride carbonica, il pH del mezzo, la composizione spettrale della luce, ecc. cambiano. Ambiente dell'aria e sua composizione di gas L'assimilazione dell'ambiente aereo da parte degli organismi è iniziata dopo la loro comparsa sulla terra. La vita nell'aria richiedeva adattamenti specifici e alto livello organizzazione di piante e animali. Bassa densità e contenuto d'acqua, alto contenuto di ossigeno, facilità di movimento delle masse d'aria, sbalzi di temperatura improvvisi, ecc. Hanno notevolmente influenzato il processo di respirazione, scambio di acqua e 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). L'ansmohoria è caratteristica di molte specie - dispersione per mezzo di correnti d'aria (spore, semi, frutti, cisti di protozoi, insetti, ragni, ecc.). Alcune piante sono diventate impollinate dal vento. Per il successo dell'esistenza degli organismi, non solo il fisico è importante, ma anche Proprietà chimiche aria, il contenuto dei componenti del gas necessari per la vita. Ossigeno. Per la stragrande maggioranza degli organismi viventi, l'ossigeno è vitale. In un ambiente privo di ossigeno, possono svilupparsi solo batteri anaerobici. L'ossigeno assicura l'attuazione di reazioni esotermiche, durante le quali viene rilasciata l'energia necessaria per l'attività vitale degli organismi. È l'accettore finale di elettroni, che viene separato dall'atomo di idrogeno nel processo di scambio di energia. In uno stato legato chimicamente, l'ossigeno fa parte di molti importantissimi composti organici e minerali degli organismi viventi. Il suo ruolo è enorme come agente ossidante nella circolazione dei singoli elementi della biosfera. Gli unici produttori di ossigeno libero sulla Terra sono le piante verdi, che lo formano nel processo di fotosintesi. Una certa quantità di ossigeno si forma a seguito della fotolisi del vapore acqueo da parte dei raggi ultravioletti al di fuori dello strato di ozono. L'assorbimento di ossigeno da parte degli organismi da ambiente esterno si verifica su tutta la superficie del corpo (protozoi, vermi) o organi respiratori speciali: 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 carenza di ossigeno hanno sviluppato adattamenti appropriati: una maggiore capacità di ossigeno del sangue, movimenti respiratori più frequenti e più profondi, un grande volume polmonare (nei residenti di alta montagna, uccelli) o una diminuzione dell'uso di ossigeno da parte tessuti a causa di un aumento della quantità di mioglobina - un accumulatore di ossigeno nei tessuti (tra gli abitanti dell'ambiente acquatico). A causa dell'elevata solubilità di CO 2 e O 2 in acqua, il loro contenuto relativo è maggiore (2-3 volte) rispetto all'aria (Fig. 1). Questa circostanza è molto importante per gli idrobionuvi che utilizzano ossigeno disciolto per la respirazione o CO2 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 direttamente dipendente da esso. Le principali fonti di CO 2 che entrano nell'atmosfera sono la respirazione di animali e piante, i processi di combustione, le eruzioni vulcaniche, l'attività dei microrganismi e dei funghi del suolo, le imprese industriali ei 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 importante aspetto ambientale 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 di latitudini polari e subpolari è molto abbondante e diversificata, principalmente a causa della maggiore concentrazione in acqua fredda ossigeno. La dissoluzione dell'ossigeno nell'acqua, come qualsiasi altro gas, obbedisce alla legge di Henry: è inversamente proporzionale alla temperatura e si ferma al raggiungimento del punto di ebollizione. Nelle acque calde dei bacini tropicali, una bassa concentrazione di ossigeno disciolto limita la respirazione e, di conseguenza, l'attività vitale e il numero degli animali acquatici. V tempi recenti c'è un notevole deterioramento del regime di ossigeno di molti corpi idrici, causato da un aumento della quantità di inquinanti organici, la cui distruzione richiede una grande quantità di ossigeno. Distribuzione zonale degli organismi viventi Zonizzazione geografica (latitudinale) Nella direzione latitudinale da nord a sud sul territorio della Federazione Russa, si trovano in sequenza le seguenti zone naturali: tundra, taiga, foresta decidua, steppa, deserto. Tra gli elementi climatici che determinano la suddivisione in zone della distribuzione e della distribuzione degli organismi, il ruolo principale è svolto da fattori abiotici: temperatura, umidità, regime di luce. I cambiamenti zonali più evidenti si manifestano nella natura della vegetazione, il componente principale della biocenosi. Questo, a sua volta, è accompagnato da cambiamenti nella composizione degli animali - consumatori e distruttori di residui organici di collegamenti nelle catene alimentari. Tundra- pianura fredda e senza alberi dell'emisfero settentrionale. Le sue condizioni climatiche sono poco adatte alla vegetazione delle piante e alla decomposizione dei residui organici (permafrost, temperature relativamente basse anche in estate, breve periodo di temperature sopra lo zero). Si sono formate una sorta di biocenosi a composizione di piccole specie (muschi, licheni). La produttività della biocenosi della tundra è quindi bassa: 5-15 c/ha di sostanza organica all'anno. Zona taiga caratterizzato da condizioni pedoclimatiche relativamente favorevoli, soprattutto per le conifere. Qui si sono formate biocenosi ricche e altamente produttive. La formazione annuale di materia organica è di 15-50 c/ha. Le condizioni della zona temperata hanno portato alla formazione di biocenosi complesse boschi di latifoglie con la più alta produttività biologica sul territorio della Federazione Russa (fino a 60 c / ha all'anno). Le varietà di boschi di latifoglie sono querceti, faggi-acero, boschi misti, ecc. Tali boschi sono caratterizzati da un arbusto ben sviluppato e da un sottobosco erbaceo, che contribuisce alla distribuzione di una varietà di specie e numero di fauna. Steppe- una zona naturale della zona temperata degli emisferi terrestri, che è caratterizzata da un insufficiente apporto idrico, quindi qui prevale vegetazione erbacea, prevalentemente cerealicola (piuma, festuca, ecc.). mondo animale vario e ricco (volpe, lepre, criceto, topo, molti uccelli, soprattutto migratori). Le regioni più importanti per la produzione di grano, colture industriali, orticole e zootecniche si trovano nella zona della steppa. La produttività biologica di questa zona naturale è relativamente alta (fino a 50 c / ha all'anno). Deserti prevalere in Asia centrale... A causa della quantità insignificante di precipitazioni e delle alte temperature estive, la vegetazione occupa meno della metà del territorio di questa zona e presenta adattamenti specifici alle condizioni aride. La fauna è varia, le sue caratteristiche biologiche sono state considerate in precedenza. La formazione annuale 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 contenuti. 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 essenziale per i suoi abitanti. Esistono animali adattati a vivere solo in acqua dolce (carpe) o solo in mare (aringa). In alcuni pesci, le singole fasi dello sviluppo individuale avvengono a diversa salinità dell'acqua, ad esempio l'anguilla comune vive in corpi d'acqua dolce e migra verso il Mar dei Sargassi per la deposizione delle 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 al fine di mantenere l'ambiente interno in uno stato ionico costante o quasi costante chimicamente invariato. Il modo principale per mantenere l'equilibrio salino negli organismi acquatici e nelle piante terrestri è evitare habitat con salinità inappropriata. Tali meccanismi dovrebbero funzionare in modo particolarmente teso e impeccabile nei pesci migratori (salmone, salmone, salmone rosa, anguilla, storione), che passano periodicamente dall'acqua di mare all'acqua dolce o viceversa. La regolazione osmotica avviene più facilmente in acqua dolce. È noto che la concentrazione di ioni in quest'ultimo è molto inferiore rispetto ai tessuti liquidi. Secondo le leggi dell'osmosi, l'ambiente esterno lungo il gradiente di concentrazione attraverso membrane semipermeabili entra nelle cellule, si ha una sorta di "diluizione" dei contenuti interni. Se un tale processo non fosse controllato, il corpo potrebbe gonfiarsi e morire. Tuttavia, gli organismi d'acqua dolce hanno organi che espellono l'acqua in eccesso verso l'esterno. La conservazione degli ioni necessari per l'attività vitale 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, probabilmente, richiede un lavoro chimico attivo di cellule o organi specializzati (reni) e il loro consumo di una proporzione significativa dell'energia totale del metabolismo basale. Al contrario, animali marini e pesci bevono e assimilano solo acqua di mare, reintegrando così il suo rilascio costante dal corpo nell'ambiente esterno, che è caratterizzato da un alto potenziale osmotico. In questo caso, gli ioni di acqua salata monovalenti vengono attivamente escreti verso l'esterno dalle branchie e gli ioni bivalenti - dai reni (Fig. 2, b). Le cellule spendono molta energia per pompare l'acqua in eccesso, quindi, con un aumento della salinità e una diminuzione dell'acqua nel corpo, gli organismi di solito vanno in uno stato inattivo: l'anabiosi del sale. Questo è tipico delle specie che vivono in pozze d'acqua di mare essiccate periodicamente, estuari, nella zona litoranea (rotiferi, bocoplav, flagellati, ecc.) Salinità dello strato superiore Crosta è determinata dal contenuto di ioni potassio e sodio in essa contenuti e, come la salinità dell'ambiente acquatico, è importante per i suoi abitanti e, prima di tutto, per le piante che vi si adattano adeguatamente. Questo fattore non è casuale per le piante, le accompagna durante il processo evolutivo. La cosiddetta vegetazione salina (miscuglio, liquirizia, ecc.) è confinata a suoli ad 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. preso in prestito Profilo del suolo Il tipo di terreno è determinato dalla sua composizione e colore. A - Il suolo della tundra ha una superficie torbosa scura. B - Il suolo del deserto è leggero, a grana grossa e povero di materia organica Il terreno di castagno (C) e il chernozem (D) sono suoli di prato ricchi di humus tipici delle steppe dell'Eurasia e delle praterie del Nord America. Il latosol lisciviato rossastro (E) della savana tropicale ha uno strato molto sottile ma ricco di humus. I suoli podzolici sono tipici delle latitudini settentrionali, dove c'è una grande quantità di precipitazioni e pochissima evaporazione. Questi includono il podzol della foresta marrone ricco di sostanze organiche (F), il podzol grigio-marrone (H) e il podzol grigio-pietroso (I), che ospita sia conifere che latifoglie. Sono tutti relativamente acidi e, in contrasto con loro, il podzol rosso-giallo (G) delle pinete è abbastanza fortemente lisciviato. Un certo numero di gruppi ecologici di piante possono essere distinti in base a fattori edafici. In base alla reazione all'acidità della soluzione del suolo, si distinguono: specie acidofile che crescono a pH inferiore a 6,5 ​​(piante di torbiera, equiseto, pino, abete, felce); neutrofili, preferendo terreni a reazione neutra (pH 7) (piante più coltivate); basifiliche - piante che crescono meglio su un substrato che ha reazione alcalina(pH maggiore di 7) (abete rosso, carpino, tuia) e indifferente - può crescere su terreni con significato diverso NS. In relazione alla composizione chimica del suolo, le piante si dividono in oligotrofico, poco esigente per la quantità di nutrienti; mesotrofico, che richiede una moderata quantità di minerali nel terreno (erbacee perenni, abete rosso), mesotrofico, che richiede un gran numero di elementi di frassino disponibili (quercia, frutta). In relazione alle singole batterie le specie particolarmente esigenti per un alto contenuto di azoto nel terreno sono chiamate nitrofili (ortiche, piante da cortile); richiede molto calcio - calcifili (faggio, larice, tarlo, cotone, oliva); le piante dei suoli salini sono dette alofite (saline, sarsazan), alcune delle alofite sono in grado di trasudare sali in eccesso, dove questi sali, dopo essiccamento, formano pellicole solide o accumuli cristallini In relazione alla composizione meccanica piante di sabbia sciolta - psammofite (saxaul, sand acacia) piante di ghiaione, fessure e depressioni di rocce e altri habitat simili - litofite [petrophytes] (ginepro, roverella) Il rilievo dell'area e la natura del suolo influenzano in modo significativo la specificità del movimento degli animali, la distribuzione delle specie, la cui attività vitale è temporaneamente o permanentemente collegata al suolo. La natura dell'apparato radicale (profondo, superficiale), il modo di vivere 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. Come fattore abiotico, il rilievo influenza la distribuzione dei fattori climatici e, quindi, la formazione della flora e della fauna corrispondenti. Ad esempio, sulle pendici meridionali di colline o montagne, c'è sempre una temperatura più alta, una migliore illuminazione e, di conseguenza, una minore umidità.

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Abstract sull'argomento

“Fattori ambientali abiotici. Leggero"

Preparato da:

Studente di terza media

Molodova Anya

Controllato:

insegnante di chimica e biologia

Vera Razinova

Nizhnekamsk, 2014

I fattori ambientali abiotici (fattori inanimati) sono un complesso di condizioni ambientali che hanno un effetto diretto o indiretto sulle piante. Esistono anche fattori biotici, la cui azione è dovuta all'influenza sulle piante dell'attività di altri organismi viventi (funghi, animali, altre piante).

I fattori abiotici includono fattori chimici e fisici (o climatici). I fattori chimici abiotici sono costituenti del gas aria atmosferica, la composizione chimica dei bacini idrici, dei suoli. I principali fattori fisici sono la temperatura, l'umidità e l'intensità della radiazione solare. In alcune classificazioni, fattori abiotici come orografici, incluso il rilievo, e differenze geologiche della superficie terrestre sono distinti in un gruppo separato. L'influenza dei fattori abiotici sul corpo è diversa e dipende dall'intensità dell'impatto di ogni singolo fattore e dalla loro combinazione tra loro. L'abbondanza e la distribuzione di una certa specie vegetale all'interno di un determinato territorio è dovuta all'impatto di fattori abiotici limitanti, che sono vitali, ma i loro valori sono minimi (come la mancanza di acqua nelle aree desertiche).

Il più significativo per le piante è l'influenza di tre fattori abiotici: temperatura, umidità e luce. Considera l'impatto Sveta come fattore abiotico sugli organismi viventi.

Il ruolo della luce nella vita di tutti gli organismi viventi difficilmente può essere sopravvalutato, dal momento che energia solareè la base per l'attuazione di tutti i processi vitali, dalla nutrizione alla somministrazione delle singole funzioni fisiologiche. Secondo il famoso ecologista Yuzhdin Odum, l'intera evoluzione della biosfera è in gran parte finalizzata all'utilizzo dei componenti utili della luce e alla protezione dalle sue proprietà distruttive.

I raggi del sole hanno diverse funzioni ecologicamente importanti:

1) a causa dei raggi del sole, si realizza un certo regime di temperatura sulla superficie terrestre, che ha un carattere zonale latitudinale e verticale;

2) l'energia solare è una fonte di energia per tutti gli organismi che vivono sulla Terra (escluso un piccolo gruppo di organismi chemiosintetici). L'energia del Sole è anche una fonte di energia per gli organismi eterotrofi (animali, batteri, funghi, ecc.), poiché questi organismi utilizzano l'energia dei legami chimici di sostanze sintetizzate dai fotosintetici (cioè piante);

3) l'energia solare è un regolatore dei cicli di vita di vari organismi.

La radiazione solare è la principale fonte di energia per tutti i processi che avvengono sulla Terra. Per le piante, la lunghezza dell'onda luminosa della radiazione percepita, la sua durata (durata delle ore diurne) e l'intensità (illuminazione) sono di grande importanza. Nello spettro della radiazione solare si possono distinguere tre aree, che differiscono per effetto biologico: ultravioletto, visibile e infrarosso .

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 frazione 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 reattivi: a dosi elevate possono danneggiare gli organismi viventi. In piccole quantità, tuttavia, sono necessari, ad esempio, per l'uomo: sotto l'influenza di questi raggi, la vitamina D si forma nel corpo umano e gli insetti distinguono visivamente questi raggi, ad es. visto alla luce ultravioletta. Possono essere guidati dalla luce polarizzata.

Raggi visibili con una lunghezza d'onda da 0,400 a 0,750 micron (che rappresentano la maggior parte dell'energia - 45% - della radiazione solare), che raggiunge la superficie terrestre, sono particolarmente importanti per gli organismi. A causa di questa radiazione, le piante verdi sintetizzano materia organica(effettuare la fotosintesi), che viene utilizzato 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 ve ne siano alcuni per i quali la luce non è un prerequisito per l'esistenza (specie di adattamento del suolo, delle grotte e degli abissi alla vita nell'oscurità). La maggior parte degli animali è in grado di distinguere la composizione spettrale della luce - per avere una visione dei colori, e nelle piante i fiori sono colorati per attirare gli insetti impollinatori.

Raggi infrarossi con una lunghezza d'onda superiore a 0,750 micron, l'occhio umano non percepisce, ma sono una fonte di energia termica (45% di energia radiante). Questi raggi vengono assorbiti dai tessuti di animali e piante, a seguito dei quali i tessuti vengono riscaldati. Nelle piante, la funzione più importante dei raggi infrarossi è quella di svolgere la traspirazione, con l'aiuto della quale il calore in eccesso viene rimosso dalle foglie dal vapore acqueo, nonché di creare condizioni ottimali per l'ingresso di anidride carbonica attraverso gli stomi. Molti animali a sangue freddo (lucertole, serpenti, insetti) usano la luce solare per aumentare la loro temperatura corporea (alcuni serpenti e lucertole sono ecologicamente animali a sangue caldo).

In relazione alla luce, si distinguono diversi gruppi di piante:

1. Amanti della luce - piante di spazi aperti su cui cade la luce diretta. Questi includono piante di steppe, deserti, semi-deserti (piuma, assenzio, vari tipi di cereali, ad esempio grano, ecc.), nonché piante dei livelli superiori delle foreste (pino, betulla, ecc.).

2. Tollerante all'ombra - piante che possono crescere in condizioni di una certa ombra (faggio, quercia, carpino, abete rosso, tiglio, lillà, ecc.) Questo gruppo di piante è adattato per esistere in condizioni di insufficiente apporto di luce e in condizioni di buona illuminazione. Queste piante catturano la luce diffusa dalle loro foglie ricche di clorofilla verde scuro.

3. Amante dell'ombra: piante che non possono esistere in presenza di luce diretta. Questi includono piante che vivono sotto la volta della foresta: felci, stellate, mughetti, ecc.

Adattamento degli organismi ai fattori di luce

Impianti

Le condizioni di luce associate alla rotazione della Terra hanno una periodicità giornaliera e stagionale distinta. La lunghezza del giorno (fotoperiodo) è di grande importanza nella vita di piante e animali. fotoperiodismo - regolazione del bioritmo degli esseri viventi con l'ausilio della luce. Distinguere tra fotoperiodismo giornaliero e stagionale, nonché il periodismo dei processi che si verificano sul Sole. I più studiati sono il fotoperiodismo giornaliero e stagionale. L'"orologio biologico" determina il ritmo quotidiano dell'attività di interi organismi e processi che si verificano anche a livello delle cellule, in particolare la divisione cellulare.

Nelle piante, di giorno, si realizzano i processi della fase luminosa della fotosintesi e, parzialmente, della fase oscura, e di notte, la fase oscura della fotosintesi. Il fotoperiodismo nelle piante è associato al fenomeno fototropismo - il movimento dei singoli organi vegetali verso la luce, ad esempio, il movimento della testa del girasole durante il giorno in direzione del sole, l'apertura delle infiorescenze di tarassaco al mattino e la loro chiusura la sera, la crescita delle piante da interno nella direzione della luce, ecc. (fotoperiodismo quotidiano). Nelle piante più alte, a causa dell'accorciamento delle ore diurne e della diminuzione dell'intensità dell'illuminazione, si verifica un fenomeno stagionale come la caduta delle foglie.

La luce influenza anche lo sviluppo degli organismi vegetali. Alcune piante si sono evolute con un "giorno corto" (non più di 12 ore al giorno), sono chiamate piante a "giorno corto", e altre piante (crescono a latitudini medie e alte) - con un "giorno lungo" (la lunghezza del giorno può raggiungere le 20 ore o più), sono chiamate piante a "giorno lungo" (mirtilli rossi, more di rospo, ecc.). Le piante a giorno lungo non possono svilupparsi normalmente al sud (non producono semi), e lo stesso vale per le piante a giorno corto se coltivate al nord, creando tutte le condizioni favorevoli pur mantenendo la durata delle ore diurne.

Animali

L'energia solare non viene assorbita direttamente dagli animali e, tuttavia, è la fonte della loro attività vitale. Oltre al fatto che l'energia solare è la fonte di vita per gli animali, svolge un ruolo enorme nella loro vita a causa dei seguenti processi.

1. La luce del sole definisce fotoperiodismo diurno vita degli animali e loro distribuzione in nicchie ecologiche. Distinguere tra animali che conducono vita diurna e notturna , che elimina la concorrenza per le fonti di cibo. Anche la luce gioca un ruolo importante nella vita delle persone. Quindi, alcune persone hanno prestazioni migliorate al mattino. ("Allodole" ), mentre per altri - di notte ("Gufi" ). In una giornata di sole, l'umore emotivo della maggior parte delle persone è molto più alto che nei giorni nuvolosi o piovosi, ecc.

2. La luce solare consente agli animali di navigare facilmente nell'ambiente; leggero evolutivamente promosso lo sviluppo degli organi della vista ... fattore abiotico organismo solare

3. La luce determina e fotoperiodismo stagionale , che è associato a un cambiamento nel corso dei processi fisiologici (con l'inizio dell'autunno, l'accumulo di sostanze di riserva nel corpo si intensifica, la natura del tegumento cambia, ecc.). Gli organismi caratterizzati dalla migrazione (ad esempio gli uccelli migratori) si preparano e migrano, nonostante la presenza di calore e risorse alimentari. Tuttavia, non tutti i fenomeni possono essere spiegati dal fotoperiodismo, ad esempio la migrazione degli uccelli dai terreni di svernamento verso le regioni calde, dove la lunghezza del giorno non cambia stagionalmente, può essere spiegata dalla presenza di un "orologio biologico" sorto nel processo di evoluzione ed è incorporato nel codice genetico.

Gli abitanti delle profondità sottomarine sono nell'oscurità costante. Più la luce del giorno penetra in profondità nel mare, più velocemente si indebolisce. Vari dispositivi con lastre fotografiche, che sono molto più sensibili alla luce, hanno scoperto che la luce penetra nelle profondità dell'oceano fino a una profondità di 1000 m, nessun altro dispositivo è in grado di rilevarla più in profondità. Pertanto, alcuni abitanti delle profondità sottomarine sono ciechi, mentre altri hanno una struttura speciale che consente loro di catturare anche i più piccoli barlumi di luce. I loro occhi raggiungono alto grado sviluppo. A volte sono sovradimensionati e dotati di un sistema di lenti. Altri animali hanno dispositivi speciali che si illuminano in diversi colori. Non solo illuminano la strada per il proprietario, ma attirano anche la preda. E alcuni abitanti possono, a piacimento, "spegnere" e "accendere" la luce in questi organi. Ci sono anche animali (1 delle specie di calamari), in cui uno speciale fluido mucoso si accumula nel corpo. Al momento del pericolo, l'animale lo libera e si nasconde dal nemico dietro una nuvola blu luminosa.

Letteratura

1.http: //znanija.com/

2.http: //bono-esse.ru/

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4.http: //www.polnaja-jenciklopedija.ru/

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introduzione

I principali fattori abiotici e le loro caratteristiche

Letteratura

introduzione

I fattori ambientali abiotici sono componenti e fenomeni di natura inanimata, inorganica, che colpiscono direttamente o indirettamente gli organismi viventi. Naturalmente, questi fattori agiscono simultaneamente e 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 non è lo stesso per le loro diverse specie. Va notato che questo ha un effetto molto forte sull'intero ecosistema nel suo insieme, sulla sua sostenibilità.

I fattori ambientali, sia individualmente che in combinazione, quando esposti a organismi viventi, li fanno cambiare, adattarsi a questi fattori. Questa capacità è chiamata valenza ecologica o plasticità. La plasticità, o valenza ecologica, di ciascuna specie è diversa e ha un effetto diverso sulla capacità degli organismi viventi di sopravvivere al variare dei fattori ambientali. Se gli organismi non solo si adattano ai fattori biotici, ma possono anche influenzarli, modificando altri organismi viventi, allora con i fattori ambientali abiotici questo è impossibile: il corpo può adattarsi ad essi, ma non è in grado di esercitare su di essi alcun effetto contrario significativo.

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 gas atmosferici, struttura del suolo, composizione di elementi biogeni in esso, terreno, ecc. Questi fattori possono influenzare gli organismi sia direttamente, ad esempio luce o 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 sui processi biosferici è stato scoperto.

1. I principali fattori abiotici e le loro caratteristiche

Tra i fattori abiotici ci sono:

Climatico (influenza di temperatura, luce e umidità);

Geologico (terremoto, eruzione vulcanica, movimento di ghiacciai, colate di fango e valanghe, ecc.);

Orografico (caratteristiche del terreno in cui vivono gli organismi studiati).

Consideriamo l'azione dei principali fattori abiotici ad azione diretta: luce, temperatura e presenza di acqua. Temperatura, luce e 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 una natura zonale e stagionale di adattamento 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 aree, che differiscono per effetto biologico: ultravioletto, visibile e infrarosso. I raggi ultravioletti con una lunghezza d'onda inferiore a 0,290 micron sono dannosi per tutti gli esseri viventi, ma sono intrappolati dallo strato di ozono dell'atmosfera. Solo una piccola frazione 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 reattivi: a dosi elevate possono danneggiare gli organismi viventi. In piccole quantità, tuttavia, sono necessari, ad esempio, per l'uomo: sotto l'influenza di questi raggi, la vitamina D si forma nel corpo umano e gli insetti distinguono visivamente questi raggi, ad es. visto alla luce ultravioletta. Possono essere guidati dalla luce polarizzata.

Particolarmente importanti per gli organismi sono i raggi visibili con una lunghezza d'onda da 0,400 a 0,750 micron (che rappresentano la maggior parte dell'energia - 45% - della radiazione solare), che raggiunge la superficie della Terra. A causa di questa radiazione, le piante verdi sintetizzano la materia organica (eseguono la fotosintesi), che tutti gli altri organismi usano per il cibo. Per la maggior parte delle piante e degli animali, la luce visibile è uno dei fattori ambientali importanti, sebbene ve ne siano alcuni per i quali la luce non è un prerequisito per l'esistenza (specie di adattamento del suolo, delle grotte e degli abissi alla vita nell'oscurità). La maggior parte degli animali è in grado di distinguere la composizione spettrale della luce - per avere una visione dei colori, e nelle piante i fiori sono colorati per attirare gli insetti impollinatori.

L'occhio umano non percepisce i raggi infrarossi con lunghezza d'onda superiore a 0,750 micron, ma sono una fonte di energia termica (45% di energia radiante). Questi raggi vengono assorbiti dai tessuti di animali e piante, a seguito dei quali i tessuti vengono riscaldati. Molti animali a sangue freddo (lucertole, serpenti, insetti) usano la luce solare per aumentare la loro temperatura corporea (alcuni serpenti e lucertole sono ecologicamente animali a sangue caldo). Le condizioni di luce associate alla rotazione della Terra hanno una periodicità giornaliera e stagionale distinta. Quasi tutti i processi fisiologici nelle piante e negli animali hanno un ritmo diurno con un massimo e un minimo a determinate ore: ad esempio, a determinate ore del giorno, un fiore nelle piante si apre e si chiude e gli animali hanno sviluppato adattamenti alla vita notturna e diurna. La lunghezza del giorno (o fotoperiodo) è di grande importanza nella vita di piante e animali.

Le piante, a seconda delle 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, il forte sole luminoso(luminosità superiore a quella ottimale) inibisce la fotosintesi, quindi è difficile ottenere una resa elevata di colture ricche 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 per un cambiamento delle condizioni di temperatura viene effettuata sulla base di un segnale - un cambiamento nella lunghezza del giorno, che in certo tempo l'anno in un dato luogo è sempre lo stesso. Per effetto di questo segnale si attivano processi fisiologici che portano alla crescita, alla fioritura delle piante in primavera, alla fruttificazione in estate e alla caduta delle foglie in autunno; negli animali: muta, accumulo di grasso, migrazione, riproduzione negli uccelli e nei mammiferi, inizio dello stadio dormiente negli insetti. Gli animali percepiscono i cambiamenti nella lunghezza della giornata con l'aiuto dei loro organi visivi. E piante - con l'aiuto di pigmenti speciali situati nelle foglie delle piante. Le irritazioni vengono percepite con l'aiuto dei recettori, a seguito delle quali si verificano una serie di reazioni biochimiche (attivazione di enzimi o rilascio di ormoni), quindi si manifestano reazioni fisiologiche o comportamentali.

Lo studio del fotoperiodismo di piante e animali ha mostrato che la reazione degli organismi alla luce non si basa semplicemente sulla quantità di luce ricevuta, ma sull'alternanza di periodi di luce e oscurità di una certa durata durante il giorno. Gli organismi sono in grado di misurare il tempo, ad es. possedere orologio biologico - dagli organismi unicellulari all'uomo. L'orologio biologico - governato anche da cicli stagionali e da altri fenomeni biologici. L'orologio biologico determinano il ritmo quotidiano dell'attività di interi organismi e processi che si verificano anche a livello delle cellule, in particolare la divisione cellulare.

La temperatura come fattore ambientale

Tutti i processi chimici nel corpo dipendono dalla temperatura. I cambiamenti nelle condizioni termiche, spesso osservati in natura, influenzano profondamente la crescita, lo sviluppo e altre manifestazioni dell'attività vitale di animali e piante. Distinguere tra organismi a temperatura corporea variabile - poichilotermici e organismi a temperatura corporea costante - omeotermici. Gli animali poichilotermici dipendono interamente dalla temperatura ambiente, mentre gli animali omeotermici sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante indipendentemente dalle variazioni della temperatura ambiente. La stragrande maggioranza delle piante e degli animali terrestri in uno stato di vita attiva non tollera temperature negative e muore. Il limite di temperatura superiore della vita non è lo stesso per specie diverse - raramente sopra 40-45 oh C. Alcuni cianobatteri e batteri vivono a temperature di 70-90 oh C, alcuni molluschi possono vivere nelle sorgenti calde (fino a 53 oh INSIEME A). Per la maggior parte degli animali e delle piante terrestri, le condizioni di temperatura ottimali oscillano entro limiti piuttosto ristretti (15-30 oh INSIEME A). La soglia superiore per la temperatura della vita è determinata dalla temperatura di coagulazione delle proteine, poiché la coagulazione irreversibile delle proteine ​​(violazione della struttura delle proteine) avviene ad una temperatura di circa 60 o INSIEME A.

Gli organismi poichilotermici nel processo di evoluzione 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, come 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 la glicerina per questi scopi. Altri animali, al contrario, aumentano la produzione di calore del 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 dovuto allo scambio di calore tra i vasi. sistema circolatorio: i vasi che escono dai muscoli sono a stretto contatto con i vasi che provengono dalla pelle e trasportano sangue freddo (questo fenomeno è caratteristico dei pesci d'acqua fredda). Il comportamento adattivo si manifesta nel fatto che molti insetti, rettili e anfibi scelgono posti al sole per riscaldarsi o cambiano posizioni diverse per aumentare la superficie di riscaldamento.

In un certo numero di animali a sangue freddo, la temperatura corporea può cambiare a seconda dello stato fisiologico: ad esempio, negli insetti volanti, la temperatura corporea interna può aumentare di 10-12 o C e altro 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 (l'alveare 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. Succede anche questo diversi modi: il trasferimento di calore può verificarsi a causa dell'evaporazione dell'umidità dalla superficie del corpo o dalla mucosa del tratto respiratorio superiore, nonché a causa della regolazione vascolare sottocutanea (ad esempio, nelle lucertole, 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 omeotermici. 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 garantiva una completa separazione del flusso sanguigno arterioso e venoso; alto metabolismo; piuma o attaccatura dei capelli; regolazione del trasferimento di calore; un sistema nervoso ben sviluppato ha acquisito la capacità di vivere una vita attiva a diverse temperature. La maggior parte degli uccelli ha una temperatura corporea leggermente superiore a 40 o C, mentre nei mammiferi è leggermente inferiore. Di grande importanza per gli animali non è solo la capacità di termoregolare, ma anche il comportamento adattivo, la costruzione di rifugi e nidi speciali, la scelta di un luogo con una temperatura più favorevole, ecc. Sono inoltre in grado di adattarsi alle basse temperature in diversi modi: oltre a piume o peli, gli animali a sangue caldo utilizzano i tremori (microcontrazioni di muscoli esternamente immobili) per ridurre la dispersione di calore; l'ossidazione del tessuto adiposo bruno nei mammiferi genera ulteriore energia che sostiene il metabolismo.

L'adattamento degli animali a sangue caldo alle alte temperature è per molti versi simile a quello degli animali a sangue freddo - sudorazione ed evaporazione dell'acqua dalla mucosa della bocca e delle prime vie respiratorie, negli uccelli - solo quest'ultimo metodo, poiché essi non hanno ghiandole sudoripare; espansione dei vasi sanguigni situati vicino alla superficie della pelle, che migliora il trasferimento di calore (negli uccelli, questo processo avviene in parti del corpo non piumate, ad esempio attraverso la cresta). La temperatura, così come il regime di luce da cui dipende, cambia regolarmente durante l'anno e in relazione alla latitudine geografica. Pertanto, tutti gli adattamenti sono più importanti per vivere a temperature sotto lo zero.

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 rappresenta il 60-80% della massa cellulare). Il valore dell'acqua nella vita di una cellula è determinato dalle sue proprietà fisico-chimiche. A causa della polarità, una molecola d'acqua è in grado di essere attratta da qualsiasi altra molecola, formando idrati, ad es. è un solvente. Molte reazioni chimiche possono avvenire solo in presenza di acqua. L'acqua è nei sistemi viventi tampone termico assorbendo calore durante la transizione da uno stato liquido a uno gassoso, proteggendo così le strutture cellulari instabili dai danni durante un rilascio a breve termine di energia termica. Produce quindi un effetto rinfrescante quando evapora dalla superficie e regola la temperatura corporea. Le proprietà termoconduttive dell'acqua determinano il suo ruolo di primo piano come termostato climatico in natura. L'acqua si riscalda e si raffredda lentamente: in estate e durante il giorno, l'acqua dei mari degli oceani e dei laghi si riscalda, e di notte e in inverno si raffredda lentamente. C'è un costante scambio di anidride carbonica tra acqua e aria. Inoltre, l'acqua esegue 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 regioni aride (steppe, deserti), le piante ottengono l'acqua per se stesse usando un apparato radicale molto sviluppato, a volte radici molto lunghe (nelle spine del cammello - fino a 16 m), raggiungendo lo strato umido. L'elevata pressione osmotica della linfa cellulare (fino a 60-80 atm), che aumenta il potere succhiante delle radici, contribuisce alla ritenzione di acqua nei tessuti. Con tempo asciutto, le piante riducono l'evaporazione dell'acqua: nelle piante del deserto, i tessuti della copertura fogliare si addensano o si sviluppa uno strato ceroso o una densa pubescenza sulla superficie delle foglie. Un certo numero di piante ottiene una diminuzione dell'umidità riducendo la lamina fogliare (le foglie si trasformano in spine, spesso le piante perdono completamente le foglie - saxaul, tamerici, ecc.).

A seconda dei requisiti per il regime idrico, tra le piante si distinguono i seguenti gruppi ecologici:

Le idratofite sono piante che vivono costantemente nell'acqua;

Le idrofite sono piante solo parzialmente immerse nell'acqua;

Le elofite sono piante palustri;

Le igrofite sono piante terrestri che vivono in luoghi eccessivamente umidi;

I mesofiti preferiscono un'umidità moderata;

Le xerofite sono piante adattate a una costante mancanza di umidità; tra le xerofite ci sono:

Piante grasse - accumulano acqua nei tessuti del loro corpo (succose);

Sclerofiti: perdita di una quantità significativa di acqua.

Molti animali del deserto possono fare a meno bevendo acqua; alcuni possono correre veloci e per lungo tempo, compiendo lunghe migrazioni verso un abbeveratoio (saigas, antilopi, cammelli, ecc.); alcuni animali ottengono l'acqua dal cibo (insetti, rettili, roditori). I depositi di grasso degli animali del deserto possono fungere da una sorta di riserva d'acqua nel corpo: quando il grasso viene ossidato, si forma acqua (depositi di grasso nella gobba dei cammelli o depositi di grasso sottocutaneo nei roditori). Le coperture della pelle a bassa permeabilità (ad esempio nei rettili) proteggono gli animali dalla perdita di umidità. Molti animali sono notturni o si nascondono nelle tane, evitando l'effetto drenante 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 il periodo secco.

abiotico natura 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

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