Nel processo del loro sviluppo storico, gli esseri viventi hanno dominato 4 habitat: acqua, terra-aria, suolo e altri organismi. Ognuno di essi ha caratteristiche peculiari ed è impossibile dire quale sia più importante. Facciamo conoscenza con le caratteristiche dell'habitat terra-aria.

Definizione

L'habitat terra-aria è l'habitat biologico degli organismi situati sulla superficie terrestre e negli strati atmosferici bassi.

Non può essere definito il primo di quelli dominati dagli organismi viventi, poiché la vita ha avuto origine nel mare. Nel corso dello sviluppo evolutivo, le creature hanno sviluppato alcuni adattamenti che hanno permesso loro di spostarsi sulla terra e nell'atmosfera.

Peculiarità

La più importante delle nicchie ecologiche è l'ambiente terra-aria. Le caratteristiche dell'ambiente sono:

gassosità;
alto contenuto di ossigeno;
bassa umidità;
pressione e densità.

Ciò costituisce le condizioni in cui gli organismi sono costretti a vivere. Inoltre, le caratteristiche essenziali dell'habitat terra-aria sono il cambiamento delle stagioni e delle stagioni, le fluttuazioni di temperatura, le specificità delle ore diurne e il vento. Per vivere qui, gli organismi viventi hanno dovuto cambiare la loro anatomia, fisiologia e comportamento, cosa che li ha aiutati ad adattarsi. I fattori ambientali più importanti (essenziali) includono:

umidità;
temperatura.

Altri fattori hanno un effetto molto minore sugli organismi viventi. Queste sono pressione e densità.

Come si sono adattati gli animali?

Molte delle specie animali conosciute dalla scienza vivono proprio nell'ambiente terra-aria. Le caratteristiche dell'ambiente li hanno costretti a sviluppare diversi tipi di adattamento:

Avere i polmoni dà loro la capacità di respirare aria.
Per spostarsi sulla terra è stato sviluppato lo scheletro.

Per esistere normalmente nelle condizioni a noi familiari dell'ambiente terra-aria, i rappresentanti della fauna hanno dovuto attraversare una lunga evoluzione e sviluppare un'ampia gamma di meccanismi di adattamento.

Come si sono adattate le piante?

La maggior parte delle piante cresce nell'ambiente terra-aria. Le caratteristiche dell'ambiente hanno portato all'emergere dei seguenti meccanismi di adattamento:

La presenza di radici, grazie alle quali le piante ricevono minerali e umidità dal terreno.
Grazie agli stomi, i rappresentanti della flora potevano assorbire l'ossigeno direttamente dall'aria.

Spesso le piante devono sopravvivere in condizioni di umidità insufficiente, quindi la flora dei deserti e delle savane ha sviluppato i propri metodi di adattamento: una lunga radice principale cresce in profondità nel terreno, estraendo l'umidità da fonti sotterranee. Piccole foglie dure riducono l'evaporazione.

Quali altre caratteristiche dell'adattamento delle piante all'ambiente terrestre-aria distinguono i ricercatori?

Nella tundra crescono alberi e arbusti nani, la cui altezza raramente supera l'altezza umana. Le condizioni qui sono molto severe: un lungo inverno (gelate per più di 7 mesi all'anno), un'estate breve e fresca. Venti forti e terreno così ghiacciato che non ha il tempo di scongelarsi in estate: queste sono le caratteristiche dell'ambiente. E le piante hanno imparato a sopravvivere in essi. Alcune specie possono sopravvivere alle nevicate nello stato di fioritura, altre si distinguono per le foglie piccole, che evitano l'evaporazione dell'umidità.

L'influenza dei fattori ambientali sulle caratteristiche degli abitanti

Quindi, le caratteristiche essenziali dell'ambiente terra-aria hanno avuto un impatto sulla struttura e sull'aspetto degli abitanti. Le informazioni su come questo o quel fattore hanno influenzato la flora e la fauna sono presentate nella tabella.

Interazione tra organismi viventi e ambiente

	Effetto sulle piante	Impatto sugli animali
Densità dell'aria	Aspetto delle radici e dei tessuti meccanici	La formazione di uno scheletro denso e lo sviluppo dei muscoli, la capacità di molte specie di volare
	Complicazione dei processi metabolici	Capacità di utilizzare i polmoni e la trachea
fattori ambientali edafici (rilievo e composizione del suolo)	L'apparato radicale dipende dalle caratteristiche del terreno	La forma degli zoccoli dipende dal fatto che l'animale stia correndo o saltando.
	Gli alberi perdono le foglie per l'inverno	Gli animali sono diventati a sangue caldo, nelle regioni settentrionali hanno una folta pelliccia, fanno la muta in primavera

Come puoi vedere, ci sono molti fattori ambientali che hanno un impatto significativo sulla vita dei suoi abitanti. Pertanto, è stato sviluppato un numero considerevole di meccanismi di adattamento.

Fattori edafici

Considera come altri organismi vegetali e animali si sono adattati alle caratteristiche del suolo e del rilievo. Innanzitutto è cambiato l’apparato radicale di molte piante:

Gli alberi che crescono nel permafrost hanno un apparato radicale ramificato che non va in profondità. Questi sono larice, betulla, abete rosso. Se queste stesse specie si trovano in un clima più mite, le loro radici penetrano più in profondità nel terreno.
I rappresentanti della flora che crescono in condizioni aride hanno una lunga radice che può ottenere umidità dalle profondità.
Se il terreno è eccessivamente umido, le piante formano pneumatofori: radici respiratorie.

Il terreno può avere una composizione diversa, quindi specie specifiche possono crescere sull'uno o sull'altro tipo di terreno:

I terreni ricchi di azoto preferiscono i nitrofili, come la borsa del pastore, l'ortica, la quinoa di erba di grano, il giusquiamo.
Suoli salati come alofiti (quinoa contorta, barbabietola, assenzio).
I petrofiti (litofiti) crescono su aree rocciose. Queste sono sassifraghe, ginepri, pini, campanule.
Le sabbie sciolte sono terreno fertile per gli psammofiti: saxaul, acacie sabbiose, salici.

Quindi, la composizione del terreno influenza le piante. Per gli animali, la natura del suolo e il rilievo sono molto importanti. Quindi, per gli ungulati, è necessario un terreno solido che consenta loro di spingersi mentre corrono e saltano. Tuttavia, il terreno denso è scomodo per gli animali scavatori, poiché impedisce loro di costruire rifugi.

Gli animali si adattarono bene anche ai fattori edafici dell'ambiente terra-aria. Innanzitutto, in quelle specie che devono correre molto, si sono sviluppati arti leggeri e potenti, in altre le zampe posteriori sviluppate e le zampe anteriori corte permettono di saltare, come le lepri e i canguri.

Adattamento del volo

Gli uccelli sono uno dei principali abitanti dell'ambiente terra-aria. Le caratteristiche dell'ambiente hanno portato all'emergere delle seguenti forme di adattamento:

forma del corpo snella;
le ossa cave aiutano a ridurre il peso del "volantino";
le ali aiutano a restare in aria;
non solo gli uccelli hanno la capacità di volare, ma anche alcuni animali grazie a speciali membrane.

Tutte queste caratteristiche aiutano i rappresentanti della fauna a decollare e rimanere in aria.

Adattamento degli organismi ai cambiamenti dei fattori ambientali

Le caratteristiche principali dell'ambiente terra-aria potrebbero cambiare. Quindi, nella corsia centrale, la neve cade in inverno e il caldo è in estate. Ecco perché gli organismi viventi spesso devono adattarsi alle mutevoli condizioni di vita. Tali meccanismi di adattamento si sono sviluppati anche nel processo di evoluzione.

Pertanto, le piante possono svilupparsi solo in condizioni favorevoli, con luce e umidità sufficienti. Ecco perché la loro stagione di crescita è la primavera e l'estate. In inverno c'è un periodo di riposo. I nutrienti necessari per la sopravvivenza vengono accumulati durante l'estate nelle radici e le foglie degli alberi vengono scartate, poiché la riduzione delle ore diurne porta all'impossibilità della formazione di nutrienti nelle foglie.

Gli animali hanno anche sviluppato molti modi per adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali:

Alcuni cadono in letargo, avendo precedentemente accumulato la scorta necessaria di nutrienti (orsi).
Con l'inizio del freddo, gli uccelli migratori si recano nei paesi caldi per tornare ai loro nidi in primavera e iniziare a far schiudere i pulcini.
Entro l'inverno, molti abitanti delle latitudini settentrionali formano un sottopelo denso, grazie al quale l'animale può facilmente sopportare forti gelate. In primavera l'animale muta.

Grazie a tali meccanismi, diventa chiaro come i rappresentanti del mondo vegetale e animale si adattino all'ambiente terrestre-aria della vita. Le caratteristiche dell'ambiente sono soggette a cambiamenti, quindi cambiano sia l'aspetto che il comportamento dei suoi abitanti. Tutti questi meccanismi sono il risultato di un lungo sviluppo evolutivo.

Abbiamo considerato le caratteristiche essenziali di uno dei principali habitat: terra-aria. Tutti gli organismi viventi che vivono sulla superficie del suolo o negli strati inferiori dell'atmosfera hanno imparato ad adattarsi alle mutevoli caratteristiche dell'ambiente.

Una caratteristica distintiva dell'ambiente terra-aria è la presenza di aria (una miscela di vari gas) al suo interno.

L'aria ha una bassa densità, quindi non può fungere da supporto per gli organismi (ad eccezione di quelli volanti). È la bassa densità dell'aria che determina la sua insignificante resistenza quando gli organismi si muovono lungo la superficie del suolo. Allo stesso tempo, rende difficile spostarli in direzione verticale. La bassa densità dell'aria determina anche la bassa pressione sul terreno (760 mm Hg = 1 atm). L'aria, più piccola dell'acqua, impedisce la penetrazione della luce solare. Ha una trasparenza maggiore dell'acqua.

La composizione del gas dell'aria è costante (lo sai dal corso di geografia). L'ossigeno e l'anidride carbonica, di regola, non sono fattori limitanti. Il vapore acqueo e vari inquinanti sono presenti come impurità nell'aria.

Nel secolo scorso, a seguito delle attività umane nell'atmosfera, il contenuto di vari inquinanti è aumentato notevolmente. Tra questi, i più pericolosi sono: ossidi di azoto e zolfo, ammoniaca, formaldeide, metalli pesanti, idrocarburi, ecc. Gli organismi viventi non sono praticamente adatti a loro. Per questo motivo, l’inquinamento atmosferico è un grave problema ambientale globale. La sua soluzione richiede l’attuazione di misure ambientali a livello di tutti gli stati della Terra.

Le masse d'aria si muovono in direzione orizzontale e verticale. Ciò porta all'emergere di un fattore ambientale come il vento. Vento può causare lo spostamento delle sabbie nei deserti (tempeste di sabbia). È in grado di soffiare via le particelle di terreno su qualsiasi terreno, riducendo la fertilità del terreno (erosione eolica). Il vento ha un effetto meccanico sulle piante. È in grado di provocare colpi di vento (inversione degli alberi con radici), frangivento (fratture dei tronchi degli alberi), deformazione della chioma degli alberi. Il movimento delle masse d'aria influenza in modo significativo la distribuzione delle precipitazioni e il regime di temperatura nell'ambiente terra-aria.

Regime idrico dell'ambiente suolo-aria

Dal corso della geografia, sai che l'ambiente suolo-aria può essere sia estremamente saturo di umidità (tropici) sia molto povero (deserti). Le precipitazioni sono distribuite in modo non uniforme sia stagionalmente che geograficamente. L'umidità nell'ambiente fluttua in un ampio intervallo. È il principale fattore limitante per gli organismi viventi.

Regime di temperatura dell'ambiente terra-aria

La temperatura nell'ambiente terra-aria ha una periodicità giornaliera e stagionale. Gli organismi si sono adattati ad esso sin dall'emergere della vita sulla terra. Pertanto, è meno probabile che la temperatura agisca come fattore limitante rispetto all’umidità.

Adattamenti di piante e animali alla vita nell'ambiente terra-aria

Con il rilascio delle piante sulla terra, hanno sviluppato i tessuti. Hai studiato la struttura dei tessuti vegetali nel corso di biologia di 7a elementare. A causa del fatto che l'aria non può fungere da supporto affidabile, nelle piante sono comparsi tessuti meccanici (fibre di legno e liberiane). Una vasta gamma di cambiamenti nei fattori climatici ha causato la formazione di tessuti tegumentari densi: peridederma, crosta. A causa della mobilità dell'aria (vento), le piante hanno sviluppato adattamenti per l'impollinazione, la diffusione di spore, frutti e semi.

La vita degli animali in sospensione nell'aria è impossibile a causa della sua bassa densità. Molte specie (insetti, uccelli) si sono adattate al volo attivo e possono rimanere a lungo nell'aria. Ma la loro riproduzione avviene sulla superficie del suolo.

Il movimento delle masse d'aria in direzione orizzontale e verticale viene utilizzato da alcuni piccoli organismi per l'insediamento passivo. In questo modo si insediano protisti, ragni e insetti. La bassa densità dell'aria ha causato negli animali il miglioramento del processo di evoluzione degli scheletri esterni (artropodi) e interni (vertebrali). Per lo stesso motivo esiste una limitazione della massa e delle dimensioni massime del corpo degli animali terrestri. L'animale terrestre più grande, l'elefante (pesa fino a 5 tonnellate), è molto più piccolo del gigante marino, la balenottera azzurra (fino a 150 tonnellate). Grazie alla comparsa di diversi tipi di arti, i mammiferi furono in grado di popolare aree terrestri con una varietà di rilievi.

Caratteristiche generali del suolo come ambiente di vita

Il suolo è lo strato superiore della crosta terrestre che è fertile. Si è formato a seguito dell'interazione di fattori climatici e biologici con la roccia sottostante (sabbia, argilla, ecc.). Il suolo è a contatto con l'aria e funge da supporto per gli organismi terrestri. È anche una fonte di nutrimento minerale per le piante. Allo stesso tempo, il suolo è un ambiente vitale per molti tipi di organismi. Il suolo è caratterizzato dalle seguenti proprietà: densità, umidità, temperatura, aerazione (fornitura d'aria), reazione ambientale (pH), salinità.

La densità del suolo aumenta con la profondità. Umidità, temperatura e aerazione del suolo sono strettamente interconnesse e interdipendenti. Le fluttuazioni di temperatura nel suolo vengono attenuate rispetto all'aria superficiale e non vengono più tracciate ad una profondità di 1-1,5 m. I terreni ben umidi si riscaldano lentamente e si raffreddano lentamente. Un aumento dell'umidità e della temperatura del suolo ne peggiora l'aerazione e viceversa. Il regime idrotermale del suolo e la sua aerazione dipendono dalla struttura del suolo. I terreni argillosi trattengono maggiormente l’acqua rispetto ai terreni sabbiosi. Ma sono meno aerati e si riscaldano peggio. Secondo la reazione dell'ambiente, i terreni si dividono in tre tipologie: acidi (pH< 7,0), нейтральные (рН ≈ 7,0) и щелочные (рН > 7,0).

Adattamenti di piante e animali alla vita nel suolo

Il suolo nella vita delle piante svolge le funzioni di fissaggio, approvvigionamento idrico e fonte di nutrimento minerale. La concentrazione di nutrienti nel terreno ha portato allo sviluppo di sistemi radicali e tessuti conduttivi nelle piante.

Gli animali che vivono nel suolo hanno una serie di adattamenti. Sono caratterizzati da diversi modi di muoversi nel terreno. Può scavare mosse e buche, come un orso e una talpa. I lombrichi possono separare le particelle del terreno e creare passaggi. Le larve degli insetti sono in grado di strisciare tra le particelle di terreno. A questo proposito, nel processo di evoluzione, sono stati sviluppati adattamenti appropriati. Gli organismi scavatori hanno sviluppato arti scavatori. Gli anellidi hanno uno scheletro idrostatico, mentre gli insetti e i millepiedi hanno artigli.

Gli animali del suolo hanno un corpo corto e compatto con coperture non bagnanti (mammiferi) o ricoperte di muco. La vita nel suolo come habitat ha portato all'atrofia o al sottosviluppo degli organi della vista. La talpa ha occhi piccoli e sottosviluppati, spesso nascosti sotto una piega della pelle. Per facilitare il movimento nei passaggi stretti del terreno, la lana di talpa ha acquisito la capacità di adattarsi in due direzioni.

Nell'ambiente terra-aria, gli organismi sono circondati dall'aria. Ha bassa umidità, densità e pressione, elevata trasparenza e contenuto di ossigeno. L’umidità è il principale fattore limitante. Il suolo come ambiente di vita è caratterizzato da alta densità, un certo regime idrotermale e aerazione. Piante e animali hanno sviluppato una varietà di adattamenti alla vita negli ambienti terra-aria e suolo.

tipo di lezione - combinato

Metodi: parzialmente esplorativo, di presentazione del problema, riproduttivo, esplicativo-illustrativo.

Bersaglio:

La consapevolezza degli studenti del significato di tutte le questioni discusse, la capacità di costruire il loro rapporto con la natura e la società basato sul rispetto della vita, di tutti gli esseri viventi come parte unica e inestimabile della biosfera;

Compiti:

Educativo: mostrare la molteplicità dei fattori che agiscono sugli organismi in natura, la relatività del concetto di "fattori dannosi e benefici", la diversità della vita sul pianeta Terra e le opzioni per adattare gli esseri viventi all'intera gamma di condizioni ambientali.

Sviluppando: sviluppare abilità comunicative, capacità di acquisire autonomamente conoscenze e stimolare la propria attività cognitiva; la capacità di analizzare le informazioni, evidenziare la cosa principale nel materiale studiato.

Educativo:

Coltivare una cultura del comportamento nella natura, le qualità di una persona tollerante, instillare interesse e amore per la fauna selvatica, formare un atteggiamento positivo stabile verso ogni organismo vivente sulla Terra, formare la capacità di vedere la bellezza.

Personale: interesse cognitivo per l'ecologia.Capire la necessità di acquisire conoscenze sulla diversità delle relazioni biotiche nelle comunità naturali al fine di preservare le biocenosi naturali. La capacità di scegliere il target e le impostazioni semantiche nelle loro azioni e azioni in relazione alla fauna selvatica. La necessità di una giusta valutazione del proprio lavoro e di quello dei compagni di classe

cognitivo: la capacità di lavorare con varie fonti di informazione, convertirle da una forma all'altra, confrontare e analizzare informazioni, trarre conclusioni, preparare messaggi e presentazioni.

Normativa: la capacità di organizzare in modo indipendente l'esecuzione dei compiti, valutare la correttezza del lavoro, riflettere le proprie attività.

Comunicativo: partecipare al dialogo in classe; rispondere alle domande di un insegnante, dei compagni di classe, parlare al pubblico utilizzando apparecchiature multimediali o altri mezzi di dimostrazione

Risultati pianificati

Soggetto: conoscere - i concetti di "habitat", "ecologia", "fattori ambientali", la loro influenza sugli organismi viventi, "connessioni tra viventi e non viventi";. Essere in grado di - definire il concetto di “fattori biotici”; caratterizzare i fattori biotici, fornire esempi.

Personale: esprimere giudizi, cercare e selezionare informazioni; analizzare connessioni, confrontare, trovare una risposta a una domanda problematica

Metasoggetto: collegamenti con discipline accademiche come biologia, chimica, fisica, geografia. Pianificare azioni con un obiettivo prefissato; trovare le informazioni necessarie nel libro di testo e nella letteratura di riferimento; effettuare l'analisi degli oggetti della natura; trarre conclusioni; formulare la propria opinione.

Forma di organizzazione delle attività educative - individuale, gruppo

Metodi di insegnamento: lavoro visivo e illustrativo, esplicativo e illustrativo, parzialmente esplorativo, indipendente con letteratura aggiuntiva e libri di testo, con DER.

Ricevimenti: analisi, sintesi, conclusione, trasferimento di informazioni da un tipo all'altro, generalizzazione.

Imparare nuovo materiale

Ambiente terra-aria

Gli organismi che vivono sulla superficie della Terra sono circondati da un ambiente gassoso caratterizzato da bassa umidità, densità e pressione, nonché da un elevato contenuto di ossigeno. I fattori ambientali che operano nell'ambiente terra-aria differiscono per una serie di caratteristiche specifiche: rispetto ad altri ambienti, qui la luce è più intensa, la temperatura subisce fluttuazioni più forti e l'umidità varia notevolmente a seconda della posizione geografica, della stagione e dell'ora. del giorno. L'impatto di quasi tutti questi fattori è strettamente correlato al movimento delle masse d'aria: i venti.

Nel corso dell'evoluzione, gli abitanti dell'ambiente terra-aria hanno sviluppato specifici adattamenti anatomici, morfologici, fisiologici, comportamentali e di altro tipo. Hanno organi che forniscono l'assimilazione diretta dell'aria atmosferica nel processo di respirazione (stomi vegetali, polmoni e trachee di animali); le formazioni scheletriche che sostengono il corpo in condizioni di bassa densità del mezzo hanno ricevuto un forte sviluppo

(tessuti meccanici e di sostegno delle piante, scheletro animale); hai elaborato adattamenti complessi per la protezione da fattori avversi (periodicità e ritmo dei cicli di vita, struttura complessa dei tegumenti, meccanismi di termoregolazione, ecc.); è stata stabilita una connessione più stretta con il suolo (radici delle piante); hai operato una grande mobilità degli animali alla ricerca del cibo; apparvero animali volanti e frutti trasportati dall'aria, semi e polline di piante.

Consideriamo i principali fattori abiotici nell'ambiente terrestre-aria della vita.

Aria.

L'aria secca al livello del mare è composta (in volume) da 78% di azoto, 21% di ossigeno, 0,03% di anidride carbonica; almeno l'1% è costituito da gas inerti.

L'ossigeno è necessario per la respirazione della stragrande maggioranza degli organismi, l'anidride carbonica viene utilizzata dalle piante durante la fotosintesi. Il movimento delle masse d'aria (vento) modifica la temperatura e l'umidità dell'aria, ha un effetto meccanico sugli organismi. Il vento provoca un cambiamento nella traspirazione delle piante. Ciò è particolarmente pronunciato durante i venti secchi, che seccano l'aria e spesso causano la morte delle piante. Il vento gioca un ruolo significativo nell'impollinazione degli anemofili, piante impollinate dal vento. I venti determinano la direzione della migrazione di insetti come la falena dei prati, le locuste del deserto, le zanzare della malaria.

Precipitazione.

Le precipitazioni sotto forma di pioggia, neve o grandine modificano l’umidità dell’aria e del suolo, forniscono umidità disponibile alle piante e forniscono acqua potabile agli animali. Le forti piogge possono causare inondazioni, inondare temporaneamente una particolare area. Gli acquazzoni, e soprattutto la grandine, spesso causano danni meccanici agli organi vegetativi delle piante.

Di grande importanza per il regime idrico sono i tempi delle precipitazioni, la loro frequenza e durata. Anche la natura della pioggia è importante. Durante le forti piogge, il terreno non ha il tempo di assorbire l'acqua. Quest'acqua defluisce rapidamente e le sue forti correnti spesso trasportano parte dello strato di terreno fertile nei fiumi e nei laghi, e con esso piante con radici deboli e talvolta piccoli animali. Le piogge piovigginose, al contrario, inumidiscono bene il terreno, tuttavia, se si trascinano, si verificano ristagni d'acqua.

Le precipitazioni sotto forma di neve hanno un effetto benefico sugli organismi in inverno. Essendo un buon isolante, la neve protegge il terreno e la vegetazione dal gelo (uno strato di neve di 20 cm protegge la pianta ad una temperatura dell'aria di -25°C), e per i piccoli animali funge da rifugio dove trovano cibo e cibo più adatto condizioni di temperatura. In caso di forti gelate, fagiani di monte, pernici e galli cedroni si nascondono sotto la neve. Tuttavia, durante gli inverni nevosi, si verifica la morte di massa di alcuni animali, ad esempio caprioli e cinghiali: con uno spesso manto nevoso, è difficile per loro muoversi e procurarsi il cibo.

Umidità del suolo.

L’acqua del suolo è una delle principali fonti di umidità per le piante. In base al suo stato fisico, mobilità, disponibilità e importanza per le piante, l'acqua del suolo è divisa in libera, capillare, legata chimicamente e fisicamente.

La principale varietà di acqua libera è l’acqua gravitazionale. Riempie gli ampi spazi tra le particelle del terreno e, sotto l'influenza della gravità, penetra costantemente negli strati più profondi fino a raggiungere lo strato impermeabile. Le piante lo assimilano facilmente mentre si trova nella zona dell'apparato radicale.

L'acqua capillare riempie gli spazi più sottili tra le particelle del terreno ed è anche ben assorbita dalle piante. È trattenuto nei capillari per coesione. Sotto l'influenza dell'evaporazione dalla superficie del suolo, l'acqua capillare forma una corrente ascendente, a differenza dell'acqua gravitazionale, che è caratterizzata da una corrente discendente. Questi movimenti d'acqua, il suo consumo dipendono dalla temperatura dell'aria, dalle caratteristiche del rilievo, dalle proprietà del suolo, dalla copertura vegetale, dalla forza del vento e da altri fattori. Sia l'acqua capillare che quella gravitazionale sono le cosiddette acque disponibili per le piante.

Il suolo contiene anche acqua chimicamente e fisicamente contenuta in alcuni minerali del suolo (opale, gesso, montrillonite, idromiche, ecc.) Tutta quest'acqua è assolutamente inaccessibile alle piante, sebbene in alcuni terreni (argilla, torba) il suo contenuto sia molto elevato.

♦ Ecoclima.

Ogni habitat è caratterizzato da un certo clima ecologico - ecoclima, cioè il clima dello strato superficiale dell'aria. La vegetazione ha una grande influenza sui fattori climatici. Sotto la chioma della foresta, ad esempio, l'umidità dell'aria è sempre più elevata e le fluttuazioni di temperatura sono inferiori rispetto alle radure. Anche il regime luminoso di questi luoghi è diverso. In diverse associazioni vegetali si forma il proprio regime di umidità, temperatura e luce. Poi parlano di fitoclima.

Le condizioni di vita delle larve di insetti che vivono sotto la corteccia di un albero sono diverse da quelle della foresta dove cresce questo albero. In questo caso la temperatura del lato sud del tronco può essere di 10-15°C superiore a quella del lato nord. Aree così piccole di habitat hanno il proprio microclima. Condizioni microclimatiche speciali sono create non solo dalle piante, ma anche dagli animali. Un microclima stabile è posseduto da tane di animali abitate, cavità di alberi e grotte.

Per l'ambiente terra-aria, così come per l'acqua, è caratteristica una zonizzazione chiaramente definita. Ci sono zone naturali latitudinali e meridionali, o longitudinali. Il primo si estende da ovest a est, il secondo da nord a sud.

Domande e compiti

1. Descrivere i principali fattori abiotici dell'ambiente terra-aria.

2. Fornisci esempi di abitanti dell'ambiente terra-aria.

Lezione 2. HABITAT E LORO CARATTERISTICHE

Nel processo di sviluppo storico, gli organismi viventi hanno dominato quattro habitat. Il primo è l'acqua. La vita ha avuto origine e si è sviluppata nell'acqua per molti milioni di anni. Il secondo - terra-aria - sulla terra e nell'atmosfera, piante e animali sorsero e si adattarono rapidamente alle nuove condizioni. Trasformando gradualmente lo strato superiore della terra - la litosfera, crearono un terzo habitat - il suolo, e loro stessi divennero il quarto habitat.

habitat acquatico

L'acqua copre il 71% della superficie terrestre. La maggior parte dell'acqua è concentrata nei mari e negli oceani - 94-98%, il ghiaccio polare contiene circa l'1,2% di acqua e una percentuale molto piccola - meno dello 0,5%, nelle acque dolci di fiumi, laghi e paludi.

Nell'ambiente acquatico vivono circa 150.000 specie di animali e 10.000 piante, che rappresentano rispettivamente solo il 7 e l'8% del numero totale di specie sulla Terra.

Nei mari-oceani, come in montagna, si esprime la zonalità verticale. Il pelagiale - l'intera colonna d'acqua - e il benthal - il fondo differiscono particolarmente fortemente nell'ecologia. La colonna d'acqua è pelagiale, divisa verticalmente in più zone: epipeligiale, batipeligiale, abisssopeligiale e ultraabissopeligiale(figura 2).

A seconda della ripidezza della discesa e della profondità del fondo si distinguono anche diverse zone, alle quali corrispondono le zone pelagiali indicate:

Litorale - il bordo della costa, allagato durante l'alta marea.

Sopralitorale - parte della costa al di sopra della linea di marea superiore, dove arrivano gli spruzzi di risacca.

Sublitorale - una graduale diminuzione della terra fino a 200 m.

Batial - un ripido dislivello nel terreno (pendio continentale),

Abissale: un abbassamento graduale del fondo del fondale oceanico; la profondità di entrambe le zone insieme raggiunge i 3-6 km.

Ultra-abissale - depressioni di acque profonde da 6 a 10 km.

Gruppi ecologici di idrobionti. I mari e gli oceani più caldi (40.000 specie di animali) si distinguono per la più grande diversità di vita nella regione dell'equatore e dei tropici; a nord e a sud, la flora e la fauna dei mari sono centinaia di volte impoverite. Per quanto riguarda la distribuzione degli organismi direttamente in mare, la loro massa è concentrata negli strati superficiali (epipelagiali) e nella zona sublitorale. A seconda del metodo di movimento e di permanenza in determinati strati, la vita marina è divisa in tre gruppi ecologici: necton, plancton e benthos.

Nekton (nektos - galleggiante) - animali di grandi dimensioni che si muovono attivamente in grado di superare lunghe distanze e forti correnti: pesci, calamari, pinnipedi, balene. Nei corpi d'acqua dolce, il necton comprende anche anfibi e molti insetti.

Plancton (planktos - errante, impennato) - un insieme di piante (fitoplancton: diatomee, alghe verdi e blu-verdi (solo corpi d'acqua dolce), flagellati vegetali, peridina, ecc.) e piccoli organismi animali (zooplancton: piccoli crostacei, dai più grandi quelli - pteropodi, molluschi, meduse, ctenofori, alcuni vermi), che vivono a diverse profondità, ma non sono capaci di movimento attivo e resistenza alle correnti. La composizione del plancton comprende anche larve di animali, che formano un gruppo speciale: Neuston . Si tratta di una popolazione “temporanea” fluttuante passivamente dello strato idrico più superficiale, rappresentata da vari animali (decapodi, cirripedi e copepodi, echinodermi, policheti, pesci, molluschi, ecc.) allo stadio larvale. Le larve, crescendo, passano negli strati inferiori della pelagela. Sopra si trova il neutrone pleiston - questi sono organismi in cui la parte superiore del corpo cresce sopra l'acqua e la parte inferiore cresce nell'acqua (lenticchia d'acqua - Lemma, sifonofori, ecc.). Da allora il plancton svolge un ruolo importante nelle relazioni trofiche della biosfera è cibo per molte forme di vita acquatica, compreso il cibo principale per i misticeti (Myatcoceti).

Benthos (benthos - profondità) - idrobionti di fondo. Rappresentato principalmente da animali attaccati o che si muovono lentamente (zoobenthos: foraminefori, pesci, spugne, celenterati, vermi, molluschi, ascidie, ecc.), più numerosi in acque poco profonde. Anche le piante (fitobenthos: diatomee, alghe verdi, brune, rosse, batteri) entrano nel benthos in acque poco profonde. A profondità dove non c'è luce il fitobenthos è assente. Le zone sassose del fondale sono le più ricche di fitobenthos.

Nei laghi lo zoobenthos è meno abbondante e diversificato che nel mare. È formato da protozoi (ciliati, dafnie), sanguisughe, molluschi, larve di insetti, ecc. Il fitobenthos dei laghi è formato da diatomee che nuotano libere, alghe verdi e azzurre; sono assenti le alghe brune e rosse.

L'elevata densità dell'ambiente acquatico determina la composizione speciale e la natura del cambiamento nei fattori di supporto alla vita. Alcuni di essi sono gli stessi della terra: calore, luce, altri sono specifici: pressione dell'acqua (con profondità che aumenta di 1 atm ogni 10 m), contenuto di ossigeno, composizione salina, acidità. A causa dell'elevata densità del mezzo, i valori di calore e luce cambiano molto più velocemente con il dislivello che sulla terraferma.

Regime termico. L'ambiente acquatico è caratterizzato da un minor apporto di calore, perché una parte significativa di esso viene riflessa e una parte altrettanto significativa viene spesa per l'evaporazione. Coerentemente con la dinamica delle temperature del terreno, la temperatura dell'acqua presenta meno fluttuazioni delle temperature giornaliere e stagionali. Inoltre, i corpi idrici equalizzano significativamente l'andamento delle temperature nell'atmosfera delle zone costiere. In assenza di un guscio di ghiaccio, il mare nella stagione fredda ha un effetto riscaldante sulle terre adiacenti, in estate ha un effetto rinfrescante e idratante.

L'intervallo di temperatura dell'acqua negli oceani è di 38° (da -2 a +36°C), in acqua dolce - 26° (da -0,9 a +25°C). La temperatura dell'acqua scende bruscamente con la profondità. Fino a 50 m si osservano fluttuazioni giornaliere della temperatura, fino a 400 - stagionali, più in profondità diventa costante, scendendo a + 1-3 ° С. Poiché il regime di temperatura nei serbatoi è relativamente stabile, i loro abitanti sono caratterizzati da stenotermia.

A causa del diverso grado di riscaldamento degli strati superiori e inferiori durante l'anno, dei flussi e riflussi, delle correnti, dei temporali, si verifica un costante mescolamento degli strati d'acqua. Il ruolo della miscelazione dell'acqua per la vita acquatica è eccezionalmente grande, perché. allo stesso tempo, la distribuzione dell'ossigeno e dei nutrienti all'interno dei serbatoi viene livellata, garantendo processi metabolici tra gli organismi e l'ambiente.

Nei corpi idrici stagnanti (laghi) delle latitudini temperate, la miscelazione verticale avviene in primavera e in autunno, e durante queste stagioni la temperatura nell'intero corpo idrico diventa uniforme, cioè. arriva omotermia. In estate e in inverno, a seguito di un forte aumento del riscaldamento o del raffreddamento degli strati superiori, la miscelazione dell'acqua si interrompe. Questo fenomeno si chiama dicotomia della temperatura, e il periodo di temporanea stagnazione - stagnazione(estate o inverno). In estate gli strati caldi più leggeri rimangono in superficie, essendo posti al di sopra di quelli più freddi (Fig. 3). In inverno, invece, lo strato inferiore ha acqua più calda, poiché direttamente sotto il ghiaccio la temperatura superficiale dell'acqua è inferiore a +4°C e, a causa delle proprietà fisico-chimiche dell'acqua, diventano più leggere dell'acqua con temperatura superiore a + 4°C.

Durante i periodi di stagnazione si distinguono chiaramente tre strati: quello superiore (epilimnion) con le più forti fluttuazioni stagionali della temperatura dell'acqua, quello intermedio (metalimnion o termoclino), in cui si verifica un brusco salto di temperatura, e vicino al fondo ( ipolimnio), in cui la temperatura varia poco durante l'anno. Durante i periodi di ristagno si forma una carenza di ossigeno nella colonna d'acqua - in estate nella parte inferiore e in inverno nella parte superiore, a causa della quale spesso si verificano morie di pesci in inverno.

Modalità luce. L'intensità della luce nell'acqua è fortemente attenuata a causa della sua riflessione da parte della superficie e dell'assorbimento da parte dell'acqua stessa. Ciò influisce notevolmente sullo sviluppo delle piante fotosintetiche.

L'assorbimento della luce è tanto più forte quanto minore è la trasparenza dell'acqua, che dipende dal numero di particelle in essa sospese (sospensioni minerali, plancton). Diminuisce con il rapido sviluppo di piccoli organismi in estate, e alle latitudini temperate e settentrionali diminuisce anche in inverno, dopo essersi formata una copertura di ghiaccio e averla ricoperta di neve dall'alto.

Negli oceani, dove l'acqua è molto trasparente, l'1% della radiazione luminosa penetra fino a una profondità di 140 m, e nei piccoli laghi a una profondità di 2 m penetra solo i decimi di percentuale. I raggi delle diverse parti dello spettro vengono assorbiti in modo diverso nell'acqua, i raggi rossi vengono assorbiti per primi. Con la profondità diventa più scuro, e il colore dell'acqua diventa prima verde, poi blu, azzurro e infine blu-viola, trasformandosi nell'oscurità completa. Di conseguenza, anche gli idrobionti cambiano colore, adattandosi non solo alla composizione della luce, ma anche alla sua mancanza di adattamento cromatico. Nelle zone luminose, in acque poco profonde, predominano le alghe verdi (Chlorophyta), la cui clorofilla assorbe i raggi rossi, con la profondità vengono sostituite da quelle marroni (Phaephyta) e poi rosse (Rhodophyta). Il fitobenthos è assente a grandi profondità.

Le piante si sono adattate alla mancanza di luce sviluppando grandi cromatofori e aumentando l'area degli organi assimilatori (indice di superficie fogliare). Per le alghe di acque profonde, le foglie fortemente sezionate sono tipiche, le lame delle foglie sono sottili, traslucide. Per le piante semisommerse e galleggianti, l'eterofilia è caratteristica: le foglie sopra l'acqua sono le stesse delle piante terrestri, hanno un piatto intero, l'apparato stomatico è sviluppato e nell'acqua le foglie sono molto sottili, costituite da lobi filiformi stretti.

Gli animali, come le piante, cambiano naturalmente il loro colore con la profondità. Negli strati superiori sono colorati in diversi colori, nella zona crepuscolare (spigole, coralli, crostacei) sono dipinti con una sfumatura rossa: è più conveniente nascondersi dai nemici. Le specie di acque profonde sono prive di pigmenti. Nelle oscure profondità dell'oceano, gli organismi utilizzano la luce emessa dagli esseri viventi come fonte di informazioni visive. bioluminescenza.

alta densità(1 g/cm3, ovvero 800 volte la densità dell'aria) e la viscosità dell'acqua ( 55 volte superiore a quello dell'aria) ha portato allo sviluppo di adattamenti speciali degli idrobionti :

1) Le piante hanno tessuti meccanici molto poco sviluppati o completamente assenti: sono sostenute dall'acqua stessa. La maggior parte è caratterizzata da galleggiabilità, dovuta alle cavità intercellulari contenenti aria. Caratterizzato dalla riproduzione vegetativa attiva, dallo sviluppo dell'idrocoria: la rimozione dei gambi dei fiori sopra l'acqua e la diffusione di polline, semi e spore da parte delle correnti superficiali.

2) Negli animali che vivono nella colonna d'acqua e nuotano attivamente, il corpo ha una forma snella ed è lubrificato con muco, che riduce l'attrito durante il movimento. Sono stati sviluppati adattamenti per aumentare la galleggiabilità: accumuli di grasso nei tessuti, vesciche natatorie nei pesci, cavità d'aria nei sifonofori. Negli animali che nuotano passivamente, la superficie specifica del corpo aumenta a causa di escrescenze, spine e appendici; il corpo si appiattisce, si verifica la riduzione degli organi scheletrici. Diverse modalità di locomozione: flessione del corpo, con l'ausilio di flagelli, ciglia, modalità di locomozione a getto (cefalopodi).

Negli animali bentonici lo scheletro scompare o è poco sviluppato, le dimensioni del corpo aumentano, è comune la riduzione della vista e lo sviluppo degli organi tattili.

correnti. Una caratteristica dell'ambiente acquatico è la mobilità. È causato da flussi e riflussi, correnti marine, tempeste, diversi livelli di elevazione dei letti dei fiumi. Adattamenti degli idrobionti:

1) Nelle acque correnti, le piante sono saldamente attaccate a oggetti sottomarini immobili. La superficie inferiore per loro è principalmente un substrato. Queste sono alghe verdi e diatomee, muschi acquatici. I muschi formano anche una fitta copertura sui fiumi che scorrono veloci. Nella zona di marea dei mari, molti animali dispongono anche di dispositivi per attaccarsi al fondo (gasteropodi, cirripedi) oppure si nascondono negli anfratti.

2) Nei pesci delle acque correnti il corpo ha un diametro rotondo, mentre nei pesci che vivono vicino al fondo, come negli invertebrati bentonici, il corpo è piatto. Molti sul lato ventrale hanno organi di fissazione sugli oggetti sottomarini.

Salinità dell'acqua.

I corpi idrici naturali hanno una certa composizione chimica. Predominano carbonati, solfati e cloruri. Nei corpi d'acqua dolce, la concentrazione di sale non è superiore a 0,5 ‰ (e circa l'80% sono carbonati), nei mari - da 12 a 35 ‰ (principalmente cloruri e solfati). Con una salinità superiore a 40 ppm, il serbatoio è chiamato iperalino o ipersalato.

1) Nell'acqua dolce (ambiente ipotonico), i processi di osmoregolazione sono ben espressi. Gli idrobionti sono costretti a rimuovere costantemente l'acqua che penetra in essi, sono omoiosmotici (i ciliati “pompano” attraverso se stessi una quantità di acqua pari al suo peso ogni 2-3 minuti). Nell'acqua salata (mezzo isotonico), la concentrazione di sali nei corpi e nei tessuti degli idrobionti è la stessa (isotonica) della concentrazione di sali disciolti nell'acqua: sono poichiloosmotici. Pertanto, le funzioni osmoregolatrici non sono sviluppate tra gli abitanti dei corpi d'acqua salata e non potrebbero popolare i corpi d'acqua dolce.

2) Le piante acquatiche sono in grado di assorbire acqua e sostanze nutritive dall'acqua - "brodo", con l'intera superficie, quindi le loro foglie sono fortemente sezionate e i tessuti conduttivi e le radici sono poco sviluppati. Le radici servono principalmente per attaccarsi al substrato sottomarino. La maggior parte delle piante d'acqua dolce hanno radici.

Le specie tipicamente marine e tipicamente d'acqua dolce sono stenoaline e non tollerano cambiamenti significativi nella salinità dell'acqua. Esistono poche specie eurialine. Sono comuni nelle acque salmastre (walleye d'acqua dolce, lucci, orate, triglie, salmoni costieri).

Composizione dei gas nell'acqua.

Nell'acqua, l'ossigeno è il fattore ambientale più importante. Nell'acqua satura di ossigeno, il suo contenuto non supera i 10 ml per 1 litro, ovvero 21 volte inferiore a quello dell'atmosfera. Quando l'acqua viene miscelata, soprattutto nei corpi idrici correnti, e quando la temperatura diminuisce, il contenuto di ossigeno aumenta. Alcuni pesci sono molto sensibili alla carenza di ossigeno (trote, pesciolini, temoli) e quindi preferiscono fiumi e ruscelli freddi di montagna. Altri pesci (carpe, carpe, scarafaggi) non sono esigenti in termini di contenuto di ossigeno e possono vivere sul fondo di corpi idrici profondi. Anche molti insetti acquatici, larve di zanzara e molluschi polmonari sono tolleranti al contenuto di ossigeno nell'acqua, perché di tanto in tanto salgono in superficie e ingoiano aria fresca.

C'è abbastanza anidride carbonica nell'acqua (40-50 cm 3 / l - quasi 150 volte di più che nell'aria. Viene utilizzata nella fotosintesi delle piante e contribuisce alla formazione di formazioni scheletriche calcaree di animali (gusci di molluschi, coperture di crostacei, scheletri di radiolari, ecc.).

Acidità. Nei serbatoi di acqua dolce, l'acidità dell'acqua, o la concentrazione di ioni idrogeno, varia molto più che in quelli marini: da pH = 3,7-4,7 (acido) a pH = 7,8 (alcalino). L'acidità dell'acqua è in gran parte determinata dalla composizione delle specie delle piante idrobionti. Nelle acque acide delle paludi crescono muschi di sfagno e vivono in abbondanza rizomi di conchiglie, ma non ci sono molluschi sdentati (Unio), e altri molluschi sono rari. In un ambiente alcalino si sviluppano molti tipi di lenticchie d'acqua ed elodea. La maggior parte dei pesci d'acqua dolce vive nell'intervallo di pH compreso tra 5 e 9 e muore in massa al di fuori di questi valori. Le acque più produttive hanno pH 6,5-8,5.

L'acidità dell'acqua di mare diminuisce con la profondità.

L’acidità può servire come indicatore del tasso metabolico complessivo di una comunità. Le acque a basso pH contengono pochi nutrienti, quindi la produttività è estremamente bassa.

pressione idrostatica nell'oceano è di grande importanza. Con l'immersione in acqua a 10 m la pressione aumenta di 1 atmosfera. Nella parte più profonda dell'oceano la pressione raggiunge le 1000 atmosfere. Molti animali sono in grado di tollerare improvvisi sbalzi di pressione, soprattutto se non hanno aria libera nel corpo. Altrimenti, potrebbe svilupparsi un'embolia gassosa. Le alte pressioni, caratteristiche delle grandi profondità, di regola inibiscono i processi vitali.

In base alla quantità di sostanza organica a disposizione degli idrobionti, i corpi idrici possono essere suddivisi in: - oligotrofico (blu e trasparente) - non ricco di cibo, profondo, freddo; - eutrofico (verde) - ricco di cibo, caldo; distrofico (marrone) - povero di cibo, acido a causa dell'ingresso di una grande quantità di acidi umici nel terreno.

eutrofizzazione– arricchimento dei corpi idrici con nutrienti organici sotto l'influenza di un fattore antropico (ad esempio, scarico delle acque reflue).

Plasticità ecologica degli idrobionti. Le piante e gli animali d'acqua dolce sono ecologicamente più plastici (euritermi, eurialini) di quelli marini, gli abitanti delle zone costiere sono più plastici (euritermi) di quelli delle acque profonde. Esistono specie che hanno una plasticità ecologica ristretta rispetto ad un fattore (il loto è una specie stenotermica, il crostaceo Artemia (Artimia solina) è stenogal) e ampia rispetto ad altri. Gli organismi sono più plastici rispetto ai fattori che sono più variabili. E sono loro ad essere più diffusi (elodea, rizomi di Cyphoderia ampulla). La plasticità dipende anche dall'età e dalla fase di sviluppo.

Il suono viaggia più velocemente nell’acqua che nell’aria. L'orientamento sonoro è generalmente meglio sviluppato negli idrobionti rispetto a quello visivo. Alcune specie captano anche vibrazioni a frequenza molto bassa (infrasuoni) che si verificano quando cambia il ritmo delle onde. Numerosi idrobionti cercano cibo e navigano utilizzando l'ecolocalizzazione, la percezione delle onde sonore riflesse (cetacei). Molti percepiscono gli impulsi elettrici riflessi, producendo scariche di frequenze diverse mentre nuotano.

Il metodo di orientamento più antico, caratteristico di tutti gli animali acquatici, è la percezione della chimica dell'ambiente. I chemocettori di molti organismi acquatici sono estremamente sensibili.

Habitat terra-aria

Nel corso dell'evoluzione, questo ambiente è stato dominato più tardi dell'acqua. I fattori ecologici nell'ambiente terrestre-aereo differiscono dagli altri habitat per l'elevata intensità luminosa, le fluttuazioni significative della temperatura e dell'umidità dell'aria, la correlazione di tutti i fattori con la posizione geografica, il cambiamento delle stagioni dell'anno e dell'ora del giorno. L'ambiente è gassoso, quindi è caratterizzato da bassa umidità, densità e pressione, alto contenuto di ossigeno.

Caratterizzazione dei fattori ambientali abiotici di luce, temperatura, umidità - vedi lezione precedente.

Composizione dei gas dell'atmosferaè anche un importante fattore climatico. Circa 3-3,5 miliardi di anni fa, l'atmosfera conteneva azoto, ammoniaca, idrogeno, metano e vapore acqueo e non conteneva ossigeno libero. La composizione dell'atmosfera era in gran parte determinata dai gas vulcanici.

Attualmente l’atmosfera è costituita principalmente da azoto, ossigeno e quantità relativamente minori di argon e anidride carbonica. Tutti gli altri gas presenti nell'atmosfera sono contenuti solo in tracce. Di particolare importanza per il biota è il contenuto relativo di ossigeno e anidride carbonica.

L'alto contenuto di ossigeno ha contribuito ad un aumento del metabolismo degli organismi terrestri rispetto a quelli acquatici primari. Fu nell'ambiente terrestre, sulla base dell'elevata efficienza dei processi ossidativi nel corpo, che sorse l'omoitermia animale. L'ossigeno, per il suo contenuto costantemente elevato nell'aria, non è un fattore limitante la vita nell'ambiente terrestre. Solo in alcuni punti, in condizioni specifiche, si crea un deficit temporaneo, ad esempio negli accumuli di residui vegetali in decomposizione, scorte di grano, farina, ecc.

Il contenuto di anidride carbonica può variare in alcune zone dello strato superficiale dell'aria entro limiti abbastanza significativi. Ad esempio, in assenza di vento nel centro delle grandi città, la sua concentrazione aumenta di dieci volte. I cambiamenti diurni nel contenuto di anidride carbonica negli strati superficiali sono regolari, associati al ritmo della fotosintesi delle piante, e stagionali, dovuti ai cambiamenti nell'intensità della respirazione degli organismi viventi, principalmente della popolazione microscopica dei suoli. Una maggiore saturazione dell'aria con anidride carbonica si verifica nelle zone di attività vulcanica, vicino a sorgenti termali e altri sbocchi sotterranei di questo gas. Il basso contenuto di anidride carbonica inibisce il processo di fotosintesi. In condizioni indoor, il tasso di fotosintesi può essere aumentato aumentando la concentrazione di anidride carbonica; questo viene utilizzato nella pratica di serre e serre.

L'azoto atmosferico per la maggior parte degli abitanti dell'ambiente terrestre è un gas inerte, ma numerosi microrganismi (batteri nodulari, Azotobacter, clostridi, alghe azzurre, ecc.) hanno la capacità di legarlo e coinvolgerlo nel ciclo biologico.

Bassa densità dell'aria determina la sua bassa forza di sollevamento e la sua capacità portante insignificante. Gli abitanti dell'aria devono avere il proprio sistema di supporto che sostiene il corpo: le piante - una varietà di tessuti meccanici, gli animali - uno scheletro solido o, molto meno spesso, idrostatico. Inoltre, tutti gli abitanti dell'ambiente aereo sono strettamente collegati alla superficie terrestre, che serve loro come attaccamento e sostegno. La vita in uno stato sospeso nell'aria è impossibile. È vero, molti microrganismi e animali, spore, semi e pollini di piante sono regolarmente presenti nell'aria e vengono trasportati dalle correnti d'aria (anemocoria), molti animali sono capaci di volo attivo, ma in tutte queste specie la funzione principale del loro ciclo vitale - riproduzione - viene effettuata sulla superficie della terra. Per la maggior parte di loro, essere in aria è associato solo al reinsediamento o alla ricerca di prede.

Vento Ha un effetto limitante sull'attività e sulla distribuzione uniforme degli organismi. Il vento può persino modificare l’aspetto delle piante, soprattutto in habitat come le zone alpine dove altri fattori sono limitanti. Negli habitat montani aperti, il vento limita la crescita delle piante, facendole piegare verso il lato sopravvento. Inoltre, il vento aumenta l’evapotraspirazione in condizioni di bassa umidità. Di grande importanza sono tempeste, sebbene la loro azione sia puramente locale. Gli uragani, così come i venti ordinari, sono in grado di trasportare animali e piante su lunghe distanze e quindi di modificare la composizione delle comunità.

Pressione, apparentemente, non è un fattore limitante dell'azione diretta, ma è direttamente correlato al tempo e al clima, che hanno un effetto limitante diretto. La bassa densità dell'aria provoca una pressione relativamente bassa sulla terra. Normalmente è pari a 760 mm Hg, art. All’aumentare dell’altitudine, la pressione diminuisce. Ad un'altitudine di 5800 m la normalità è solo la metà. La bassa pressione può limitare la distribuzione delle specie in montagna. Per la maggior parte dei vertebrati, il limite superiore della vita è di circa 6000 M. Una diminuzione della pressione comporta una diminuzione dell'apporto di ossigeno e della disidratazione degli animali a causa dell'aumento della frequenza respiratoria. Approssimativamente gli stessi sono i limiti di avanzamento verso le montagne delle piante superiori. Un po' più resistenti sono gli artropodi (collemboli, acari, ragni) che si possono trovare sui ghiacciai al di sopra del limite della vegetazione.

In generale tutti gli organismi terrestri sono molto più stenobatici di quelli acquatici.

4.1. Habitat acquatico. Specificità dell'adattamento degli idrobionti

L'acqua come habitat ha una serie di proprietà specifiche, come alta densità, forti cadute di pressione, contenuto di ossigeno relativamente basso, forte assorbimento della luce solare, ecc. I serbatoi e le loro singole sezioni differiscono, inoltre, nel regime salino, nella velocità di movimenti orizzontali (correnti), il contenuto di particelle sospese. Per la vita degli organismi bentonici sono importanti le proprietà del suolo, la modalità di decomposizione dei residui organici, ecc.. Pertanto, oltre agli adattamenti alle proprietà generali dell'ambiente acquatico, i suoi abitanti devono anche adattarsi a varie condizioni particolari . Gli abitanti dell'ambiente acquatico hanno ricevuto un nome comune in ecologia idrobionti. Abitano gli oceani, le acque continentali e le falde acquifere. In qualsiasi serbatoio, le zone possono essere distinte in base alle condizioni.

4.1.1. Zone ecologiche dell'Oceano Mondiale

Nell'oceano e nei mari che lo costituiscono si distinguono principalmente due aree ecologiche: la colonna d'acqua - pelagiale e il fondo benthal (Fig. 38). A seconda della profondità, il benthal è diviso in sublitorale zona - un'area di diminuzione regolare della terra fino ad una profondità di circa 200 m, batiale– zona di forte pendenza e zona abissale– un’area del fondale oceanico con una profondità media di 3–6 km. Vengono chiamate aree ancora più profonde del benthal, corrispondenti alle depressioni del fondale oceanico ultraabissale. Viene chiamato il bordo della costa che viene allagato durante l'alta marea litorale. Al di sopra del livello delle maree viene chiamata la parte della costa bagnata dagli spruzzi della risacca sopralitorale.

Riso. 38. Zone ecologiche dell'Oceano Mondiale

È naturale che, ad esempio, gli abitanti del sublitorale vivano in condizioni di pressione relativamente bassa, luce solare diurna e sbalzi di temperatura spesso piuttosto significativi. Gli abitanti delle profondità abissali e ultra-abissali esistono nell'oscurità, a una temperatura costante e ad una pressione mostruosa di diverse centinaia, e talvolta circa mille, atmosfere. Pertanto, la semplice indicazione di quale zona del Bentali è abitata dall'una o dall'altra specie di organismi indica già quali proprietà ecologiche generali dovrebbe avere. È stata nominata l'intera popolazione del fondale oceanico benthos.

Gli organismi che vivono nella colonna d'acqua, o pelagici, lo sono pelagos. Il pelagiale è inoltre suddiviso in zone verticali corrispondenti in profondità alle zone benthal: epipelagiale, batipelagiale, abissopelagiale. Il confine inferiore della zona epipelagica (non più di 200 m) è determinato dalla penetrazione della luce solare in quantità sufficiente per la fotosintesi. Le piante fotosintetiche non possono esistere più in profondità di queste zone. Solo i microrganismi e gli animali vivono nelle profondità abissali crepuscolari e oscure. Diverse zone ecologiche si distinguono anche in tutti gli altri tipi di corpi idrici: laghi, paludi, stagni, fiumi, ecc. La varietà di idrobionti che hanno dominato tutti questi habitat è molto ampia.

4.1.2. Proprietà fondamentali dell'ambiente acquatico

Densità dell'acquaè un fattore che determina le condizioni per il movimento degli organismi acquatici e la pressione a diverse profondità. Per l'acqua distillata la densità è di 1 g/cm3 a 4°C. La densità delle acque naturali contenenti sali disciolti può essere maggiore, fino a 1,35 g/cm 3 . La pressione aumenta con la profondità in media di circa 1 10 5 Pa (1 atm) ogni 10 m.

A causa del forte gradiente di pressione nei corpi idrici, gli idrobionti sono generalmente molto più euribatici degli organismi terrestri. Alcune specie, distribuite a diverse profondità, sopportano pressioni da diverse a centinaia di atmosfere. Ad esempio, gli oloturi del genere Elpidia e i vermi Priapulus caudatus abitano dalla zona costiera fino all'ultraabisso. Anche gli abitanti d'acqua dolce, come i ciliati, i suvoyi, i coleotteri nuotatori, ecc., resistono nell'esperimento fino a 6 10 7 Pa (600 atm).

Tuttavia, molti abitanti dei mari e degli oceani vivono relativamente da parete a parete e sono confinati a determinate profondità. Stenobatnost è spesso caratteristico delle specie di acque poco profonde e profonde. Solo il litorale è abitato dal verme anellide Arenicola, molluschi mollusco (Patella). Molti pesci, ad esempio del gruppo della rana pescatrice, cefalopodi, crostacei, pogonofori, stelle marine ecc. si trovano solo a grandi profondità ad una pressione di almeno 4 10 7–5 10 7 Pa (400–500 atm).

La densità dell'acqua consente di appoggiarsi ad essa, cosa particolarmente importante per le forme non scheletriche. La densità del mezzo serve come condizione per librarsi nell'acqua e molti idrobionti sono adattati proprio a questo stile di vita. Gli organismi sospesi che fluttuano nell'acqua sono combinati in uno speciale gruppo ecologico di idrobionti - plancton ("planctos" - impennata).

Riso. 39. Un aumento della superficie relativa del corpo negli organismi planctonici (secondo S. A. Zernov, 1949):

A - forme bastoncellari:

1 – diatomea Synedra;

2 – cianobatterio Aphanizomenon;

3 – l'alga peridinea Amphisolenia;

4 – Euglena acus;

5 – cefalopode Doratopsis vermicularis;

6 – copepode Setella;

7 – larva di Porcellana (Decapoda)

B - forme sezionate:

1 – mollusco Glaucus atlanticus;

2 – verme Tomopetris euchaeta;

3 – Larva di gambero Palinurus;

4 – larve di rana pescatrice Lophius;

5 – copepode Calocalanus pavo

Il plancton comprende alghe unicellulari e coloniali, protozoi, meduse, sifonofori, ctenofori, molluschi alati e carenati, vari piccoli crostacei, larve di animali di fondo, uova di pesce e avannotti e molti altri (Fig. 39). Gli organismi planctonici hanno molti adattamenti simili che aumentano la loro galleggiabilità e impediscono loro di affondare sul fondo. Tali adattamenti comprendono: 1) un aumento generale della superficie relativa del corpo dovuto alla diminuzione delle dimensioni, all'appiattimento, all'allungamento, allo sviluppo di numerose escrescenze o setole, che aumenta l'attrito con l'acqua; 2) una diminuzione della densità dovuta alla riduzione dello scheletro, all'accumulo di grassi nel corpo, bolle di gas, ecc. Nelle diatomee le sostanze di riserva si depositano non sotto forma di amido pesante, ma sotto forma di gocce di grasso. La luce notturna Noctiluca si distingue per una tale abbondanza di vacuoli di gas e goccioline di grasso nella cellula che il citoplasma al suo interno assomiglia a filamenti che si fondono solo attorno al nucleo. Anche i sifonofori, un certo numero di meduse, i gasteropodi planctonici e altri hanno camere d'aria.

Alga marina (fitoplancton) si librano passivamente nell'acqua, mentre la maggior parte degli animali planctonici sono capaci di nuotare attivamente, ma in misura limitata. Gli organismi planctonici non possono superare le correnti e vengono trasportati da esse su lunghe distanze. molti tipi zooplancton sono tuttavia capaci di migrazioni verticali nella colonna d'acqua per decine e centinaia di metri, sia grazie al movimento attivo, sia regolando la galleggiabilità del corpo. Un tipo speciale di plancton è il gruppo ecologico Neuston ("nein" - nuotare) - gli abitanti della pellicola superficiale dell'acqua al confine con l'aria.

La densità e la viscosità dell'acqua influiscono notevolmente sulla possibilità di nuotare attivamente. Gli animali capaci di nuotare velocemente e di superare la forza delle correnti sono combinati in un gruppo ecologico. Nekton ("nektos" - fluttuante). I rappresentanti del nekton sono pesci, calamari, delfini. Il movimento rapido nella colonna d'acqua è possibile solo in presenza di una forma del corpo snella e di muscoli altamente sviluppati. La forma a siluro è sviluppata da tutti i bravi nuotatori, indipendentemente dalla loro appartenenza sistematica e dal metodo di movimento in acqua: reattivo, piegando il corpo, con l'aiuto degli arti.

Modalità ossigeno. Nell'acqua satura di ossigeno, il suo contenuto non supera i 10 ml per 1 litro, ovvero 21 volte inferiore a quello dell'atmosfera. Pertanto, le condizioni per la respirazione degli idrobionti sono molto più complicate. L'ossigeno entra nell'acqua principalmente a causa dell'attività fotosintetica delle alghe e della diffusione dall'aria. Pertanto, gli strati superiori della colonna d'acqua, di regola, sono più ricchi di questo gas rispetto a quelli inferiori. Con l'aumento della temperatura e della salinità dell'acqua, la concentrazione di ossigeno in essa contenuta diminuisce. Negli strati fortemente popolati da animali e batteri si può creare una forte carenza di O 2 a causa del suo maggiore consumo. Ad esempio, nell'Oceano Mondiale, le profondità ricche di vita da 50 a 1000 m sono caratterizzate da un forte deterioramento dell'aerazione: è 7-10 volte inferiore rispetto alle acque superficiali abitate dal fitoplancton. In prossimità del fondo dei corpi idrici, le condizioni possono essere prossime all'anaerobiosi.

Tra gli abitanti acquatici esistono molte specie che possono tollerare ampie fluttuazioni del contenuto di ossigeno nell'acqua, fino alla sua quasi totale assenza. (eurossibionti - "oxy" - ossigeno, "biont" - abitante). Questi includono, ad esempio, gli oligocheti d'acqua dolce Tubifex tubifex, i gasteropodi Viviparus viviparus. Tra i pesci, la carpa, la tinca e il carassio possono sopportare una saturazione dell'acqua con ossigeno molto bassa. Tuttavia, un certo numero di tipi stenoxibiont – possono esistere solo con una saturazione dell’acqua con ossigeno sufficientemente elevata (trota iridea, trota fario, pesciolino, verme ciliare Planaria alpina, larve di effimere, plecotteri, ecc.). Molte specie sono in grado di cadere in uno stato inattivo per mancanza di ossigeno - anossibiosi - e vivere così un periodo sfavorevole.

La respirazione degli idrobionti viene effettuata attraverso la superficie del corpo o attraverso organi specializzati: branchie, polmoni, trachea. In questo caso, le coperture possono fungere da organo respiratorio aggiuntivo. Ad esempio, i pesci cobitidi consumano in media fino al 63% di ossigeno attraverso la pelle. Se lo scambio di gas avviene attraverso il tegumento del corpo, sono molto sottili. Aumentando la superficie è facilitata anche la respirazione. Ciò si ottiene nel corso dell'evoluzione delle specie attraverso la formazione di varie escrescenze, l'appiattimento, l'allungamento e una diminuzione generale delle dimensioni del corpo. Alcune specie con carenza di ossigeno modificano attivamente le dimensioni della superficie respiratoria. I vermi Tubifex tubifex allungano fortemente il corpo; idre e anemoni di mare - tentacoli; echinodermi - gambe ambulacrali. Molti animali sedentari e inattivi rinnovano l'acqua che li circonda, sia creandone la corrente diretta, sia con movimenti oscillatori che contribuiscono al suo mescolamento. A questo scopo i molluschi bivalvi utilizzano ciglia che rivestono le pareti della cavità del mantello; crostacei: il lavoro delle gambe addominali o toraciche. Sanguisughe, larve di zanzare che squillano (bloodworm), molti oligocheti ondeggiano il corpo, sporgendosi dal terreno.

Alcune specie hanno una combinazione di respirazione dell'acqua e dell'aria. Tali sono i dipnoi, i sifonofori discofanti, molti molluschi polmonari, i crostacei Gammarus lacustris, ecc.. Gli animali acquatici secondari di solito mantengono il tipo di respirazione atmosferica come più energeticamente favorevole e quindi necessitano del contatto con l'aria, ad esempio pinnipedi, cetacei, coleotteri acquatici, larve di zanzara, ecc.

La mancanza di ossigeno nell'acqua porta talvolta a fenomeni catastrofici - zamoram, accompagnato dalla morte di molti idrobionti. gelate invernali spesso causato dalla formazione di ghiaccio sulla superficie dei corpi idrici e dalla cessazione del contatto con l'aria; estate- un aumento della temperatura dell'acqua e una conseguente diminuzione della solubilità dell'ossigeno.

La frequente morte di pesci e di molti invertebrati in inverno è tipica, ad esempio, della parte inferiore del bacino del fiume Ob, le cui acque, che scendono dalle zone paludose della pianura siberiana occidentale, sono estremamente povere di ossigeno disciolto. A volte gli zamora si trovano nei mari.

Oltre alla mancanza di ossigeno, la morte può essere causata da un aumento della concentrazione di gas tossici nell'acqua - metano, idrogeno solforato, CO 2, ecc., formati a seguito della decomposizione di materiali organici sul fondo dei serbatoi .

Modalità sale. Il mantenimento dell'equilibrio idrico degli idrobionti ha le sue specificità. Se per gli animali e le piante terrestri è molto importante fornire acqua al corpo in condizioni di carenza, allora per gli idrobionti non è meno importante mantenere una certa quantità di acqua nel corpo quando è in eccesso nell'ambiente. Una quantità eccessiva di acqua nelle cellule porta ad un cambiamento nella loro pressione osmotica e ad una violazione delle funzioni vitali più importanti.

La maggior parte della vita acquatica poichilosmotico: la pressione osmotica nel loro corpo dipende dalla salinità dell'acqua circostante. Pertanto, il modo principale con cui gli organismi acquatici mantengono il loro equilibrio salino è evitare habitat con salinità inadeguata. Le forme d'acqua dolce non possono esistere nei mari, le forme marine non tollerano la desalinizzazione. Se la salinità dell'acqua subisce variazioni, gli animali si spostano alla ricerca di un ambiente favorevole. Ad esempio, durante la desalinizzazione degli strati superficiali del mare dopo forti piogge, i radiolari, i crostacei marini Calanus e altri scendono a una profondità di 100 M. Appartengono ai vertebrati, ai gamberi superiori, agli insetti e alle loro larve che vivono nell'acqua omoiosmotico specie, mantenendo una pressione osmotica costante nel corpo, indipendentemente dalla concentrazione di sali nell'acqua.

Nelle specie d'acqua dolce, i succhi corporei sono ipertonici rispetto all'acqua circostante. Corrono il rischio di diventare eccessivamente annaffiati a meno che la loro assunzione non venga impedita o l'acqua in eccesso non venga rimossa dal corpo. Nei protozoi ciò si ottiene mediante il lavoro dei vacuoli escretori, negli organismi multicellulari mediante la rimozione dell'acqua attraverso il sistema escretore. Alcuni ciliati rilasciano ogni 2–2,5 minuti una quantità di acqua pari al volume del corpo. La cellula consuma molta energia per “pompare fuori” l’acqua in eccesso. Con un aumento della salinità, il lavoro dei vacuoli rallenta. Pertanto, nelle scarpe Paramecium, con una salinità dell'acqua del 2,5% o, il vacuolo pulsa con un intervallo di 9 s, al 5% o - 18 s, al 7,5% o - 25 s. Ad una concentrazione salina del 17,5% o, il vacuolo smette di funzionare, poiché scompare la differenza di pressione osmotica tra la cellula e l'ambiente esterno.

Se l'acqua è ipertonica rispetto ai fluidi corporei degli idrobionti, questi rischiano la disidratazione a causa delle perdite osmotiche. La protezione contro la disidratazione si ottiene aumentando la concentrazione di sali anche nel corpo degli idrobionti. La disidratazione è prevenuta dalle coperture impermeabili all'acqua degli organismi omoiosmotici: mammiferi, pesci, gamberi superiori, insetti acquatici e le loro larve.

Molte specie poichilosmotiche entrano in uno stato inattivo - animazione sospesa a causa della carenza di acqua nel corpo con l'aumento della salinità. Questo è caratteristico delle specie che vivono negli stagni d'acqua marina e nella zona litoranea: rotiferi, flagellati, ciliati, alcuni crostacei, i policheti del Mar Nero Nereis divesicolor, ecc. Ibernazione salata- un mezzo per sopravvivere a periodi sfavorevoli in condizioni di salinità variabile dell'acqua.

Veramente eurialino Non ci sono così tante specie tra gli abitanti acquatici che possono vivere allo stato attivo sia nell'acqua dolce che in quella salata. Si tratta principalmente di specie che popolano gli estuari dei fiumi, gli estuari e altri corpi idrici salmastri.

Regime di temperatura i corpi idrici sono più stabili che sulla terraferma. Ciò è dovuto alle proprietà fisiche dell'acqua, in primo luogo all'elevata capacità termica specifica, grazie alla quale la ricezione o il rilascio di una quantità significativa di calore non provoca sbalzi di temperatura troppo bruschi. L'evaporazione dell'acqua dalla superficie dei corpi idrici, che consuma circa 2263,8 J/g, impedisce il surriscaldamento degli strati inferiori, e la formazione di ghiaccio, che rilascia calore di fusione (333,48 J/g), ne rallenta il raffreddamento.

L'ampiezza delle fluttuazioni annuali della temperatura negli strati superiori dell'oceano non è superiore a 10–15 °C, nei corpi idrici continentali è di 30–35 °C. Gli strati profondi dell'acqua sono caratterizzati da una temperatura costante. Nelle acque equatoriali la temperatura media annuale degli strati superficiali è di +(26–27) °C, nelle acque polari è di circa 0 °C e inferiore. Nelle sorgenti sotterranee calde la temperatura dell'acqua può avvicinarsi a +100 °C, mentre nei geyser sottomarini ad alta pressione sul fondo dell'oceano è stata registrata una temperatura di +380 °C.

Pertanto, nei serbatoi esiste una varietà abbastanza significativa di condizioni di temperatura. Tra gli strati superiori dell'acqua con fluttuazioni di temperatura stagionali espresse in essi e quelli inferiori, dove il regime termico è costante, c'è una zona di salto di temperatura, o termoclino. Il termoclino è più pronunciato nei mari caldi, dove la differenza di temperatura tra le acque esterne e quelle profonde è maggiore.

A causa del regime di temperatura dell'acqua più stabile tra gli idrobionti, in misura molto maggiore che tra la popolazione terrestre, la stenotermia è comune. Le specie euriterme si trovano principalmente nei corpi idrici continentali poco profondi e nel litorale dei mari di latitudini alte e temperate, dove le fluttuazioni di temperatura giornaliere e stagionali sono significative.

Modalità luce. C'è molta meno luce nell'acqua che nell'aria. Parte dei raggi incidenti sulla superficie del serbatoio vengono riflessi nell'aria. La riflessione è tanto più forte quanto più bassa è la posizione del Sole, quindi la giornata sott'acqua è più breve che sulla terraferma. Ad esempio, una giornata estiva vicino all'isola di Madeira a una profondità di 30 m dura 5 ore e a una profondità di 40 m dura solo 15 minuti. La rapida diminuzione della quantità di luce con la profondità è dovuta al suo assorbimento da parte dell'acqua. I raggi con lunghezze d'onda diverse vengono assorbiti in modo diverso: quelli rossi scompaiono vicino alla superficie, mentre quelli blu-verdi penetrano molto più in profondità. Il crepuscolo sempre più profondo nell'oceano è prima verde, poi blu, blu e blu-viola, per poi lasciare il posto all'oscurità costante. Di conseguenza, le alghe verdi, brune e rosse si sostituiscono a vicenda in profondità, specializzate nel catturare la luce con diverse lunghezze d'onda.

Il colore degli animali cambia con la profondità allo stesso modo. Gli abitanti delle zone litorali e sublitorali hanno i colori più vivaci e diversificati. Molti organismi profondi, come quelli delle caverne, non hanno pigmenti. Nella zona crepuscolare è diffusa la colorazione rossa, complementare alla luce blu-viola di queste profondità. I raggi colorati aggiuntivi vengono assorbiti più completamente dal corpo. Ciò consente agli animali di nascondersi dai nemici, poiché il loro colore rosso nei raggi blu-viola è visivamente percepito come nero. La colorazione rossa è tipica di animali della zona crepuscolare come spigole, coralli rossi, vari crostacei, ecc.

In alcune specie che vivono vicino alla superficie dei corpi idrici, gli occhi sono divisi in due parti con diversa capacità di rifrangere i raggi. Metà dell'occhio vede nell'aria, l'altra metà nell'acqua. Tale "quattro occhi" è caratteristico degli scarabei vorticosi, il pesce americano Anableps tetraphthalmus, una delle specie tropicali di bavose Dialommus fuscus. Questo pesce si siede nei recessi durante la bassa marea, esponendo parte della sua testa dall'acqua (vedi Fig. 26).

L'assorbimento della luce è tanto più forte quanto minore è la trasparenza dell'acqua, che dipende dal numero di particelle in essa sospese.

La trasparenza è caratterizzata dalla profondità massima alla quale è ancora visibile un disco bianco appositamente abbassato del diametro di circa 20 cm (disco di Secchi). Le acque più trasparenti si trovano nel Mar dei Sargassi: il disco è visibile fino a una profondità di 66,5 m, nell'Oceano Pacifico il disco di Secchi è visibile fino a 59 m, nell'Oceano Indiano - fino a 50, in mari poco profondi - fino a 5-15 M. La trasparenza dei fiumi è in media di 1–1,5 m, e nei fiumi più fangosi, ad esempio nell'Amu Darya e nel Syr Darya dell'Asia centrale, solo pochi centimetri. Il confine della zona di fotosintesi varia quindi notevolmente nei diversi corpi idrici. Nelle acque più limpide euforico zona, o zona di fotosintesi, si estende a profondità non superiori a 200 m, al crepuscolo o disfotico, la zona occupa profondità fino a 1000-1500 m e più in profondità afotico zona, la luce del sole non penetra affatto.

La quantità di luce negli strati superiori dei corpi idrici varia notevolmente a seconda della latitudine dell'area e del periodo dell'anno. Le lunghe notti polari limitano notevolmente il tempo disponibile per la fotosintesi nei bacini artico e antartico, e la copertura di ghiaccio rende difficile alla luce raggiungere tutti i corpi idrici ghiacciati in inverno.

Nelle oscure profondità dell'oceano, gli organismi utilizzano la luce emessa dagli esseri viventi come fonte di informazioni visive. Si chiama il bagliore di un organismo vivente bioluminescenza. Le specie luminose si trovano in quasi tutte le classi di animali acquatici, dai protozoi ai pesci, nonché tra i batteri, le piante inferiori e i funghi. La bioluminescenza sembra essere riapparsa più volte in diversi gruppi a diversi stadi di evoluzione.

La chimica della bioluminescenza è ormai abbastanza ben compresa. Le reazioni utilizzate per generare la luce sono varie. Ma in tutti i casi si tratta dell'ossidazione di composti organici complessi (luciferine) utilizzando catalizzatori proteici (luciferasi). Luciferine e luciferasi hanno strutture diverse in diversi organismi. Durante la reazione, l'energia in eccesso della molecola di luciferina eccitata viene rilasciata sotto forma di quanti di luce. Gli organismi viventi emettono luce in impulsi, solitamente in risposta a stimoli provenienti dall'ambiente esterno.

La luminescenza potrebbe non svolgere un ruolo ecologico speciale nella vita delle specie, ma potrebbe essere un sottoprodotto dell'attività vitale delle cellule, come, ad esempio, nei batteri o nelle piante inferiori. Riceve significato ecologico solo negli animali con un sistema nervoso e organi visivi sufficientemente sviluppati. In molte specie gli organi luminosi acquisiscono una struttura molto complessa con un sistema di riflettori e lenti che amplificano la radiazione (Fig. 40). Numerosi pesci e cefalopodi, incapaci di generare luce, utilizzano batteri simbiotici che si moltiplicano in organi speciali di questi animali.

Riso. 40. Organi luminosi degli animali acquatici (secondo S. A. Zernov, 1949):

1 - rana pescatrice di acque profonde con torcia sulla bocca dentata;

2 - distribuzione degli organi luminosi nei pesci di questa famiglia. Mistopidi;

3 - l'organo luminoso del pesce Argyropelecus affinis:

a - pigmento, b - riflettore, c - corpo luminoso, d - lente

La bioluminescenza ha principalmente un valore di segnale nella vita degli animali. I segnali luminosi possono essere utilizzati per orientarsi nello stormo, attirare individui del sesso opposto, adescare vittime, per mascherarsi o distrarsi. Il lampo di luce può costituire una difesa contro un predatore, accecandolo o disorientandolo. Ad esempio, le seppie di acque profonde, fuggendo da un nemico, rilasciano una nuvola di secrezione luminosa, mentre le specie che vivono in acque illuminate utilizzano a questo scopo un liquido scuro. In alcuni vermi di fondo - i policheti - gli organi luminosi si sviluppano durante il periodo di maturazione dei prodotti riproduttivi e le femmine brillano più luminose e gli occhi sono meglio sviluppati nei maschi. Nei pesci predatori di acque profonde dell'ordine della rana pescatrice, il primo raggio della pinna dorsale viene spostato sulla mascella superiore e trasformato in una "bastone" flessibile, che porta all'estremità un'"esca" simile a un verme - una ghiandola piena di muco con batteri luminosi. Regolando l'afflusso di sangue alla ghiandola e quindi l'apporto di ossigeno al batterio, il pesce può far brillare arbitrariamente l'"esca", imitando i movimenti del verme e attirando la preda.

Negli ambienti terrestri la bioluminescenza si sviluppa solo in poche specie, soprattutto nei coleotteri della famiglia delle lucciole, che utilizzano segnali luminosi per attirare individui del sesso opposto al crepuscolo o di notte.

4.1.3. Alcuni adattamenti specifici degli idrobionti

Modi di orientamento degli animali nell'ambiente acquatico. Vivere costantemente al crepuscolo o al buio limita notevolmente le possibilità orientamento visivo idrobionti. In connessione con la rapida attenuazione dei raggi luminosi nell'acqua, anche i proprietari di organi visivi ben sviluppati si orientano con il loro aiuto solo a distanza ravvicinata.

Il suono viaggia più velocemente nell’acqua che nell’aria. Orientamento sonoro è generalmente meglio sviluppato negli organismi acquatici rispetto a quello visivo. Numerose specie captano anche vibrazioni a frequenza molto bassa (infrasuoni), che si origina quando cambia il ritmo delle onde, e discende in anticipo prima della tempesta dagli strati superficiali a quelli più profondi (ad esempio le meduse). Molti abitanti dei corpi idrici - mammiferi, pesci, molluschi, crostacei - producono essi stessi i suoni. I crostacei ottengono questo risultato sfregando diverse parti del corpo l'una contro l'altra; pesce - con l'aiuto della vescica natatoria, dei denti faringei, delle mascelle, dei raggi delle pinne pettorali e in altri modi. La segnalazione sonora viene spesso utilizzata per le relazioni intraspecifiche, ad esempio per l'orientamento in uno stormo, per attirare individui del sesso opposto, ecc., Ed è particolarmente sviluppata negli abitanti di acque fangose e grandi profondità, che vivono nell'oscurità.

Numerosi idrobionti cercano cibo e navigano utilizzandolo ecolocalizzazione– percezione delle onde sonore riflesse (cetacei). Molti ricevere impulsi elettrici riflessi producendo scariche di frequenze diverse durante il nuoto. Si sa che circa 300 specie di pesci sono in grado di generare elettricità e di utilizzarla per l'orientamento e la segnalazione. Il pesce elefante d'acqua dolce (Mormyrus kannume) invia fino a 30 impulsi al secondo per individuare gli invertebrati che preda senza l'ausilio della vista. La frequenza degli scarichi in alcuni pesci marini raggiunge i 2000 impulsi al secondo. Anche un certo numero di pesci utilizza i campi elettrici per difendersi e attaccare (razza elettrica, anguilla elettrica, ecc.).

Per l'orientamento in profondità percezione della pressione idrostatica. Viene eseguito con l'aiuto di statocisti, camere a gas e altri organi.

Il modo più antico di orientamento, caratteristico di tutti gli animali acquatici, è percezione della chimica dell’ambiente. I chemocettori di molti organismi acquatici sono estremamente sensibili. Nelle migrazioni di migliaia di chilometri che sono caratteristiche di molte specie di pesci, navigano principalmente attraverso l'olfatto, trovando con sorprendente precisione i luoghi di deposizione delle uova o di alimentazione. È stato sperimentalmente dimostrato, ad esempio, che i salmoni, privati artificialmente dell'olfatto, non ritrovano la foce del loro fiume, tornando a deporre le uova, ma non sbagliano mai se riescono a percepire gli odori. La sottigliezza dell'olfatto è estremamente grande nei pesci che compiono migrazioni particolarmente lontane.

Specifiche degli adattamenti alla vita nei bacini artificiali in prosciugamento. Sulla Terra ci sono molti bacini artificiali temporanei e poco profondi che si formano dopo inondazioni di fiumi, forti piogge, scioglimento delle nevi, ecc. In questi bacini, nonostante la brevità della loro esistenza, si stabiliscono vari organismi acquatici.

Caratteristiche comuni degli abitanti delle piscine in prosciugamento sono la capacità di produrre numerosi figli in breve tempo e di sopportare lunghi periodi senza acqua. Allo stesso tempo, i rappresentanti di molte specie vengono sepolti nel limo, passando in uno stato di ridotta attività vitale - ipobiosi. Ecco come si comportano gli scudi, i cladoceri, le planarie, i vermi a setole basse, i molluschi e persino i pesci: loach, protopterus africano e lepidosiren dei dipnoi sudamericani. Molte piccole specie formano cisti che resistono alla siccità, come girasoli, ciliati, rizopodi, numerosi copepodi, turbellari, nematodi del genere Rhabditis. Altri vivono un periodo sfavorevole nella fase di uova altamente resistenti. Infine, alcuni piccoli abitanti dei corpi idrici in via di essiccazione hanno la capacità unica di asciugarsi fino allo stato di una pellicola e, una volta inumiditi, riprendere la crescita e lo sviluppo. La capacità di tollerare la completa disidratazione del corpo è stata riscontrata nei rotiferi dei generi Callidina, Philodina, ecc., nei tardigradi Macrobiotus, Echiniscus, nei nematodi dei generi Tylenchus, Plectus, Cephalobus, ecc. Questi animali abitano micro-serbatoi in muschi e licheni cuscini e sono adattati a bruschi cambiamenti nel regime di umidità.

Filtrazione come tipo di alimento. Molti organismi acquatici hanno una natura speciale di nutrizione: questa è la setacciatura o sedimentazione di particelle di origine organica sospese nell'acqua e numerosi piccoli organismi (Fig. 41).

Riso. 41. La composizione del cibo planctonico degli ascidi del Mare di Barents (secondo S. A. Zernov, 1949)

Questo metodo di alimentazione, che non richiede molta energia per la ricerca della preda, è caratteristico dei molluschi laminabranchi, degli echinodermi sessili, dei policheti, dei briozoi, delle ascidie, dei crostacei planctonici, ecc. (Fig. 42). Gli animali filtratori svolgono un ruolo importante nel trattamento biologico dei corpi idrici. Le cozze che abitano un'area di 1 m 2 possono spingere 150-280 m 3 di acqua al giorno attraverso la cavità del mantello, facendo precipitare le particelle sospese. Le dafnie d'acqua dolce, i ciclopi o il più massiccio crostaceo Calanus finmarchicus dell'oceano filtrano fino a 1,5 litri di acqua per individuo al giorno. La zona litoranea dell'oceano, particolarmente ricca di accumuli di organismi filtratori, funziona come un efficace sistema di pulizia.

Riso. 42. Dispositivi di filtraggio degli idrobionti (secondo S. A. Zernov, 1949):

1 – Larve di moscerino di Simulium su una pietra (a) e loro appendici filtranti (b);

2 – zampa filtrante del crostaceo Diaphanosoma brachyurum;

3 – fessure branchiali dell'ascidia Phasullia;

4 – crostaceo Bosmina con contenuto intestinale filtrato;

5 – corrente alimentare dei ciliati Bursaria

Le proprietà dell'ambiente determinano in gran parte le modalità di adattamento dei suoi abitanti, il loro modo di vivere e le modalità di utilizzo delle risorse, creando catene di dipendenze causa-effetto. Pertanto, l'elevata densità dell'acqua rende possibile l'esistenza del plancton e la presenza di organismi in bilico nell'acqua è un prerequisito per lo sviluppo di un tipo di alimentazione di filtrazione, in cui è possibile anche uno stile di vita sedentario degli animali. Di conseguenza, si forma un potente meccanismo di autodepurazione dei corpi idrici di importanza biosferica. Coinvolge un numero enorme di idrobionti, sia bentonici che pelagici, dai protozoi unicellulari ai vertebrati. Secondo i calcoli, tutta l'acqua nei laghi della zona temperata viene fatta passare attraverso l'apparato di filtrazione degli animali da diverse a decine di volte durante la stagione di crescita e l'intero volume dell'Oceano Mondiale viene filtrato per diversi giorni. Il disturbo dell'attività dei filtri alimentatori da parte di varie influenze antropiche rappresenta una seria minaccia per il mantenimento della purezza delle acque.

4.2. Ambiente di vita terra-aria

L'ambiente terra-aria è il più difficile in termini di condizioni ambientali. La vita sulla terra richiedeva adattamenti possibili solo con un livello sufficientemente elevato di organizzazione di piante e animali.

4.2.1. L'aria come fattore ecologico per gli organismi terrestri

La bassa densità dell'aria determina la sua bassa forza di sollevamento e la trascurabile discutibilità. Gli abitanti dell'ambiente aereo devono avere il proprio sistema di supporto che sostiene il corpo: le piante - una varietà di tessuti meccanici, gli animali - uno scheletro solido o, molto meno spesso, idrostatico. Inoltre, tutti gli abitanti dell'ambiente aereo sono strettamente collegati alla superficie terrestre, che serve loro come attaccamento e sostegno. La vita sospesa nell'aria è impossibile.

È vero, molti microrganismi e animali, spore, semi, frutti e pollini di piante sono regolarmente presenti nell'aria e vengono trasportati dalle correnti d'aria (Fig. 43), molti animali sono capaci di volo attivo, tuttavia, in tutte queste specie, il la funzione principale del loro ciclo vitale - la riproduzione - viene effettuata sulla superficie della terra. Per la maggior parte di loro, essere in aria è associato solo al reinsediamento o alla ricerca di prede.

Riso. 43. Distribuzione altitudinale degli artropodi del plancton aereo (secondo Dajot, 1975)

La bassa densità dell'aria provoca una bassa resistenza al movimento. Pertanto, molti animali terrestri nel corso dell'evoluzione hanno utilizzato i benefici ecologici di questa proprietà dell'ambiente aereo, acquisendo la capacità di volare. Il 75% delle specie di tutti gli animali terrestri sono capaci di volo attivo, principalmente insetti e uccelli, ma i volatori si trovano anche tra i mammiferi e i rettili. Gli animali terrestri volano principalmente con l'ausilio dello sforzo muscolare, ma alcuni possono anche planare grazie alle correnti d'aria.

A causa della mobilità dell'aria, dei movimenti verticali e orizzontali delle masse d'aria esistenti negli strati inferiori dell'atmosfera, è possibile il volo passivo di un numero di organismi.

Anemofilia è il modo più antico di impollinare le piante. Tutte le gimnosperme sono impollinate dal vento e, tra le angiosperme, le piante anemofile costituiscono circa il 10% di tutte le specie.

L'anemofilia si osserva nelle famiglie del faggio, della betulla, del noce, dell'olmo, della canapa, dell'ortica, della casuarina, della foschia, del carice, dei cereali, delle palme e molti altri. Le piante impollinate dal vento presentano una serie di adattamenti che migliorano le proprietà aerodinamiche del loro polline, nonché caratteristiche morfologiche e biologiche che garantiscono l’efficienza dell’impollinazione.

La vita di molte piante dipende completamente dal vento e con il suo aiuto viene effettuato il reinsediamento. Una tale doppia dipendenza si osserva nell'abete rosso, nel pino, nel pioppo, nella betulla, nell'olmo, nel frassino, nell'erioforo, nella tifa, nel saxaul, nel juzgun, ecc.

Molte specie si sono sviluppate anemocoria- decantazione con l'aiuto delle correnti d'aria. L'anemocoria è caratteristica delle spore, dei semi e dei frutti delle piante, delle cisti protozoarie, dei piccoli insetti, dei ragni, ecc. Gli organismi trasportati passivamente dalle correnti d'aria sono collettivamente chiamati aeroplancton per analogia con gli abitanti planctonici dell'ambiente acquatico. Adattamenti speciali per il volo passivo sono dimensioni del corpo molto piccole, un aumento della sua area dovuto a escrescenze, una forte dissezione, un'ampia superficie relativa delle ali, l'uso di ragnatele, ecc. (Fig. 44). Anche i semi e i frutti delle piante dell'anemocore hanno dimensioni molto piccole (ad esempio i semi di orchidea) o varie appendici pterigoidi e a forma di paracadute che ne aumentano la capacità di pianificazione (Fig. 45).

Riso. 44. Adattamenti per il trasporto aereo negli insetti:

1 – zanzara Cardiocrepis brevirostris;

2 – moscerino Porrycordila sp.;

3 – Imenotteri Anargus fuscus;

4 – Hermes Dreyfusia nordmannianae;

5 - larva della falena zingara Lymantria dispar

Riso. 45. Adattamenti per il trasporto del vento nei frutti e nei semi delle piante:

1 – tiglio Tilia intermedia;

2 – Acer monspessulanum acero;

3 – betulla Betula pendula;

4 – erba eriofora Eriophorum;

5 – tarassaco Taraxacum officinale;

6 – tifa Typha scuttbeworhii

Nell'insediamento di microrganismi, animali e piante, il ruolo principale è svolto dalle correnti d'aria di convezione verticale e dai venti deboli. Forti venti, tempeste e uragani hanno anche impatti ambientali significativi sugli organismi terrestri.

La bassa densità dell'aria provoca una pressione relativamente bassa sulla terra. Normalmente è pari a 760 mm Hg. Arte. All’aumentare dell’altitudine, la pressione diminuisce. Ad un'altitudine di 5800 m la normalità è solo la metà. La bassa pressione può limitare la distribuzione delle specie in montagna. Per la maggior parte dei vertebrati, il limite superiore della vita è di circa 6000 M. Una diminuzione della pressione comporta una diminuzione dell'apporto di ossigeno e della disidratazione degli animali a causa dell'aumento della frequenza respiratoria. Approssimativamente gli stessi sono i limiti di avanzamento verso le montagne delle piante superiori. Un po' più resistenti sono gli artropodi (collemboli, acari, ragni) che si possono trovare sui ghiacciai al di sopra del limite della vegetazione.

In generale, tutti gli organismi terrestri sono molto più stenobatici di quelli acquatici, poiché le solite fluttuazioni di pressione nel loro ambiente sono frazioni dell'atmosfera, e anche per gli uccelli che raggiungono grandi altezze non superano 1/3 di quella normale.

Composizione gassosa dell'aria. Oltre alle proprietà fisiche dell'ambiente aereo, le sue caratteristiche chimiche sono estremamente importanti per l'esistenza degli organismi terrestri. La composizione del gas dell'aria nello strato superficiale dell'atmosfera è abbastanza omogenea in termini di contenuto dei componenti principali (azoto - 78,1%, ossigeno - 21,0, argon - 0,9, anidride carbonica - 0,035% in volume) a causa dell'elevata capacità diffusiva dei gas e miscelazione costante convezione e correnti eoliche. Tuttavia, varie miscele di particelle gassose, goccioline-liquide e solide (polvere) che entrano nell'atmosfera da fonti locali possono avere un'importanza ecologica significativa.

Il contenuto di anidride carbonica può variare in alcune zone dello strato superficiale dell'aria entro limiti abbastanza significativi. Ad esempio, in assenza di vento nel centro delle grandi città, la sua concentrazione aumenta di dieci volte. Cambiamenti giornalieri regolari nel contenuto di anidride carbonica negli strati superficiali associati al ritmo della fotosintesi delle piante. Le stagioni sono dovute ai cambiamenti nell'intensità della respirazione degli organismi viventi, principalmente della popolazione microscopica dei suoli. Una maggiore saturazione dell'aria con anidride carbonica si verifica nelle zone di attività vulcanica, vicino a sorgenti termali e altri sbocchi sotterranei di questo gas. In alte concentrazioni, l’anidride carbonica è tossica. In natura tali concentrazioni sono rare.

In natura la principale fonte di anidride carbonica è la cosiddetta respirazione del suolo. I microrganismi e gli animali del suolo respirano molto intensamente. L'anidride carbonica si diffonde dal suolo nell'atmosfera, particolarmente vigorosamente durante la pioggia. Gran parte viene emessa da terreni moderatamente umidi, ben riscaldati, ricchi di residui organici. Ad esempio, il suolo di una faggeta emette da 15 a 22 kg/ha di CO 2 all'ora, mentre un terreno sabbioso non fertilizzato ne emette solo 2 kg/ha.

Nelle condizioni moderne, l'attività umana nella combustione di combustibili fossili è diventata una potente fonte di ulteriori quantità di CO 2 immesse nell'atmosfera.

L'azoto atmosferico per la maggior parte degli abitanti dell'ambiente terrestre è un gas inerte, ma numerosi organismi procarioti (batteri nodulari, Azotobacter, clostridi, alghe azzurre, ecc.) hanno la capacità di legarlo e coinvolgerlo nel ciclo biologico.

Riso. 46. Versante montano con vegetazione distrutta a causa delle emissioni di anidride solforosa provenienti dalle industrie vicine

Anche le impurità locali che entrano nell'aria possono influenzare in modo significativo gli organismi viventi. Ciò è particolarmente vero per le sostanze gassose tossiche: metano, ossido di zolfo, monossido di carbonio, ossido di azoto, idrogeno solforato, composti di cloro, nonché particelle di polvere, fuliggine, ecc., che inquinano l'aria nelle aree industriali. La principale fonte moderna di inquinamento chimico e fisico dell'atmosfera è di origine antropica: il lavoro di varie imprese industriali e di trasporto, l'erosione del suolo, ecc. L'ossido di zolfo (SO 2), ad esempio, è tossico per le piante anche in concentrazioni da 150- millesimo-un milionesimo del volume dell'aria. Intorno ai centri industriali che inquinano l'atmosfera con questo gas, quasi tutta la vegetazione muore (Fig. 46). Alcune specie vegetali sono particolarmente sensibili alla SO 2 e fungono da indicatore sensibile del suo accumulo nell'aria. Ad esempio, molti licheni muoiono anche con tracce di ossido di zolfo nell'atmosfera circostante. La loro presenza nelle foreste attorno alle grandi città testimonia l'elevata purezza dell'aria. La resistenza delle piante alle impurità presenti nell'aria viene presa in considerazione quando si selezionano le specie per gli insediamenti paesaggistici. Sensibile al fumo, ad esempio, abete rosso e pino, acero, tiglio, betulla. I più resistenti sono la tuia, il pioppo canadese, l'acero americano, il sambuco e alcuni altri.

4.2.2. Suolo e sollievo. Caratteristiche meteorologiche e climatiche dell'ambiente terra-aria

Fattori ambientali edafici. Le proprietà del suolo e del terreno influenzano anche le condizioni di vita degli organismi terrestri, principalmente le piante. Le proprietà della superficie terrestre che hanno un impatto ecologico sui suoi abitanti sono accomunate dal nome fattori ambientali edafici (dal greco "edafos" - fondamento, suolo).

La natura dell'apparato radicale delle piante dipende dal regime idrotermale, dall'aerazione, dalla composizione, dalla composizione e dalla struttura del suolo. Ad esempio, gli apparati radicali delle specie arboree (betulla, larice) nelle zone con permafrost si trovano a una profondità ridotta e si estendono in larghezza. Dove non c'è il permafrost, gli apparati radicali di queste stesse piante sono meno estesi e penetrano più in profondità. In molte piante della steppa le radici possono attingere acqua da grandi profondità, mentre allo stesso tempo hanno molte radici superficiali nell'orizzonte del suolo humus, da dove le piante assorbono i nutrienti minerali. Sul terreno impregnato d'acqua e scarsamente aerato nelle mangrovie, molte specie hanno radici respiratorie speciali: i pneumatofori.

Si possono distinguere numerosi gruppi ecologici di piante in relazione alle diverse proprietà del suolo.

Quindi, in base alla reazione all'acidità del terreno, si distinguono: 1) acidofilo specie - crescono su terreni acidi con un pH inferiore a 6,7 (piante di torbiere di sfagno, belous); 2) neutrofilo - gravitano verso terreni con un pH compreso tra 6,7 e 7,0 (la maggior parte delle piante coltivate); 3) basifilo- crescere a un pH superiore a 7,0 (mordovnik, anemone di bosco); 4) indifferente - può crescere su terreni con valori di pH diversi (mughetto, festuca delle pecore).

In relazione alla composizione lorda del terreno si distinguono: 1) oligotrofico piante contente con una piccola quantità di elementi di frassino (pino silvestre); 2) eutrofico, quelli che necessitano di un gran numero di elementi di frassino (quercia, lenticchia comune, falco perenne); 3) mesotrofico, richiede una moderata quantità di elementi di frassino (abete rosso).

Nitrofili- piante che prediligono terreni ricchi di azoto (ortica dioica).

Le piante dei terreni salini formano un gruppo alofite(soleros, sarsazan, kokpek).

Alcune specie vegetali sono confinate in substrati diversi: petrofiti crescere su terreni rocciosi, e psammofite abitano sabbie sciolte.

Il terreno e la natura del suolo influenzano le specificità del movimento degli animali. Ad esempio, gli ungulati, gli struzzi e le otarde che vivono in spazi aperti necessitano di un terreno solido per aumentare la repulsione quando corrono veloci. Nelle lucertole che vivono su sabbie sciolte, le dita sono bordate da una frangia di scaglie cornee, che aumenta la superficie di appoggio (Fig. 47). Per gli abitanti terrestri che scavano buche, i terreni densi sono sfavorevoli. La natura del suolo in alcuni casi influenza la distribuzione degli animali terrestri che scavano buche, si rintanano nel terreno per sfuggire al calore o ai predatori, o depongono le uova nel terreno, ecc.

Riso. 47. Geco a ventaglio - un abitante delle sabbie del Sahara: A - geco a ventaglio; B - gamba di geco

caratteristiche meteorologiche. Le condizioni di vita nell’ambiente terra-aria sono complicate, inoltre, cambiamenti climatici. Tempo atmosferico - questo è uno stato dell'atmosfera in continuo cambiamento vicino alla superficie terrestre fino ad un'altezza di circa 20 km (il confine della troposfera). La variabilità meteorologica si manifesta nella variazione costante nella combinazione di fattori ambientali quali temperatura e umidità dell'aria, nuvolosità, precipitazioni, forza e direzione del vento, ecc. I cambiamenti meteorologici, insieme alla loro regolare alternanza nel ciclo annuale, sono caratterizzati da non- fluttuazioni periodiche, che complicano significativamente le condizioni per l'esistenza degli organismi terrestri. Il clima influisce sulla vita degli abitanti acquatici in misura molto minore e solo sulla popolazione degli strati superficiali.

Il clima della zona. Il regime meteorologico a lungo termine caratterizza il clima della zona. Il concetto di clima comprende non solo i valori medi dei fenomeni meteorologici, ma anche il loro andamento annuale e giornaliero, le deviazioni da esso e la loro frequenza. Il clima è determinato dalle condizioni geografiche della zona.

La diversità zonale dei climi è complicata dall'azione dei venti monsonici, dalla distribuzione dei cicloni e degli anticicloni, dall'influenza delle catene montuose sul movimento delle masse d'aria, dal grado di distanza dall'oceano (continentalità) e da molti altri fattori locali. In montagna esiste una zonalità climatica, per molti aspetti simile al cambio di zone dalle basse latitudini alle alte latitudini. Tutto ciò crea una straordinaria varietà di condizioni di vita sulla terra.

Per la maggior parte degli organismi terrestri, soprattutto quelli piccoli, non è tanto importante il clima della zona, ma le condizioni del loro habitat immediato. Molto spesso, gli elementi locali dell'ambiente (rilievo, esposizione, vegetazione, ecc.) in una particolare area modificano il regime di temperatura, umidità, luce, movimento dell'aria in modo tale da differire significativamente dalle condizioni climatiche della zona. Vengono chiamate tali modifiche climatiche locali che prendono forma nello strato d'aria superficiale microclima. In ogni zona, i microclimi sono molto diversi. È possibile individuare microclimi di aree arbitrariamente piccole. Ad esempio, viene creata una modalità speciale nelle corolle dei fiori, che vengono utilizzate dagli insetti che vivono lì. Le differenze di temperatura, umidità dell'aria e forza del vento sono ampiamente note negli spazi aperti e nei boschi, nelle zone erbacee e sul terreno nudo, sui pendii esposti a nord e a sud, ecc. Uno speciale microclima stabile si verifica nelle tane, nei nidi, nelle cavità , grotte e altri luoghi chiusi.

Precipitazione. Oltre a fornire acqua e a creare riserve di umidità, possono svolgere un altro ruolo ecologico. Pertanto, forti piogge o grandinate talvolta hanno un effetto meccanico su piante o animali.

Il ruolo ecologico del manto nevoso è particolarmente vario. Le variazioni giornaliere della temperatura penetrano nello spessore della neve solo fino a 25 cm, più in profondità la temperatura quasi non cambia. Con gelate di -20-30°C, sotto uno strato di neve di 30-40 cm, la temperatura è solo poco sotto lo zero. Il manto nevoso profondo protegge i germogli del rinnovamento, protegge le parti verdi delle piante dal gelo; molte specie vanno sotto la neve senza perdere fogliame, ad esempio l'acetosella pelosa, la Veronica officinalis, lo zoccolo, ecc.

Riso. 48. Schema di studio telemetrico del regime di temperatura di un gallo cedrone situato in una buca di neve (secondo A. V. Andreev, A. V. Krechmar, 1976)

Anche i piccoli animali terrestri conducono uno stile di vita attivo in inverno, stendendo intere gallerie di passaggi sotto la neve e nel suo spessore. Per un certo numero di specie che si nutrono di vegetazione innevata, anche l'allevamento invernale è caratteristico, come si nota, ad esempio, nei lemming, nei topi di legno e dalla gola gialla, in un certo numero di arvicole, ratti acquatici, ecc. Uccelli di gallo cedrone - gallo cedrone, fagiano di monte, pernici della tundra: si nascondono nella neve per la notte ( Fig. 48).

Il manto nevoso invernale impedisce agli animali di grandi dimensioni di procurarsi il cibo. Molti ungulati (renne, cinghiali, buoi muschiati) si nutrono esclusivamente di vegetazione innevata in inverno, e il manto nevoso profondo, e soprattutto una crosta dura sulla sua superficie che si presenta sotto forma di ghiaccio, li condannano alla fame. Durante l'allevamento nomade del bestiame nella Russia pre-rivoluzionaria, si verificò un enorme disastro nelle regioni meridionali iuta - perdita di massa di bestiame a causa del nevischio, privando gli animali del cibo. Anche il movimento sulla neve profonda e a debole coesione è difficile per gli animali. Le volpi, ad esempio, negli inverni nevosi preferiscono le aree della foresta sotto fitti abeti, dove lo strato di neve è più sottile, e quasi non escono nelle radure e nei bordi aperti. La profondità del manto nevoso può limitare la distribuzione geografica delle specie. Ad esempio, i veri cervi non penetrano a nord nelle aree dove lo spessore della neve in inverno è superiore a 40–50 cm.

Il candore del manto nevoso smaschera animali oscuri. La scelta del camuffamento in modo che corrispondesse al colore dello sfondo apparentemente ha giocato un ruolo importante nel verificarsi dei cambiamenti di colore stagionali nella pernice bianca e della tundra, nella lepre selvatica, nell'ermellino, nella donnola e nella volpe artica. Sulle Isole Comandanti, insieme alle volpi bianche, ci sono molte volpi blu. Secondo le osservazioni degli zoologi, questi ultimi si tengono principalmente vicino a rocce scure e strisce di surf non ghiacciate, mentre i bianchi preferiscono le zone con manto nevoso.

4.3. Il suolo come habitat

4.3.1. Caratteristiche del suolo

Il suolo è uno strato superficiale sciolto e sottile a contatto con l'aria. Nonostante il suo spessore insignificante, questo guscio della Terra svolge un ruolo cruciale nella diffusione della vita. Il suolo non è semplicemente un corpo solido, come la maggior parte delle rocce della litosfera, ma un complesso sistema trifase in cui le particelle solide sono circondate da aria e acqua. È permeato di cavità riempite con una miscela di gas e soluzioni acquose, e quindi in esso si formano condizioni estremamente diverse, favorevoli alla vita di molti microrganismi e macrorganismi (Fig. 49). Nel suolo, le fluttuazioni di temperatura vengono attenuate rispetto allo strato superficiale dell'aria, e la presenza di acque sotterranee e la penetrazione delle precipitazioni creano riserve di umidità e forniscono un regime di umidità intermedio tra l'ambiente acquatico e quello terrestre. Il suolo concentra le riserve di sostanze organiche e minerali fornite dalla vegetazione morente e dai cadaveri di animali. Tutto ciò determina l'elevata saturazione del suolo di vita.

Gli apparati radicali delle piante terrestri sono concentrati nel terreno (Fig. 50).

Riso. 49. Passaggi sotterranei dell'arvicola di Brandt: A - vista dall'alto; B - vista laterale

Riso. 50. Posizionamento delle radici nel terreno della steppa chernozem (secondo M. S. Shalyt, 1950)

In media si contano più di 100 miliardi di cellule di protozoi, milioni di rotiferi e tardigradi, decine di milioni di nematodi, decine e centinaia di migliaia di zecche e collemboli, migliaia di altri artropodi, decine di migliaia di enchitreidi, decine e centinaia di lombrichi, molluschi e altri invertebrati per 1 m 2 di strato di terreno. . Inoltre, 1 cm 2 di terreno contiene decine e centinaia di milioni di batteri, funghi microscopici, attinomiceti e altri microrganismi. Negli strati superficiali illuminati vivono centinaia di migliaia di cellule fotosintetiche di alghe verdi, giallo-verdi, diatomee e alghe blu-verdi. Gli organismi viventi sono caratteristici del suolo quanto i suoi componenti non viventi. Pertanto, V. I. Vernadsky attribuiva il suolo ai corpi bioinerti della natura, sottolineandone la saturazione di vita e la connessione inseparabile con essa.

L'eterogeneità delle condizioni del suolo è più pronunciata in direzione verticale. Con la profondità, alcuni dei fattori ambientali più importanti che influenzano la vita degli abitanti del suolo cambiano radicalmente. Prima di tutto, questo si riferisce alla struttura del terreno. In esso si distinguono tre orizzonti principali, diversi per proprietà morfologiche e chimiche: 1) l'orizzonte humus-accumulativo superiore A, in cui la sostanza organica si accumula e si trasforma e da cui parte dei composti viene trascinata giù dalle acque di lavaggio; 2) l'orizzonte di intrusione, o illuviale B, dove le sostanze dilavate dall'alto si depositano e si trasformano, e 3) la roccia madre, o orizzonte C, il cui materiale si trasforma in suolo.

All'interno di ciascun orizzonte si distinguono più strati frazionari, che differiscono notevolmente anche nelle proprietà. Ad esempio, in una zona temperata sotto foreste di conifere o miste, l'orizzonte UNè composto da tampone (A0)- uno strato di accumulo sciolto di residui vegetali, uno strato di humus di colore scuro (A1), in cui particelle di origine organica sono mescolate con minerali e uno strato podzolico (A2)- colore grigio cenere, in cui predominano i composti del silicio e tutte le sostanze solubili vengono dilavate in profondità nel profilo del suolo. Sia la struttura che la chimica di questi strati sono molto diverse, e quindi le radici delle piante e degli abitanti del suolo, spostandosi solo di pochi centimetri verso l'alto o verso il basso, cadono in condizioni diverse.

Le dimensioni delle cavità tra le particelle di terreno, adatte alla vita degli animali, di solito diminuiscono rapidamente con la profondità. Ad esempio, nei terreni dei prati, il diametro medio delle cavità a una profondità di 0–1 cm è 3 mm, 1–2 cm, 2 mm e a una profondità di 2–3 cm solo 1 mm; i pori del terreno più profondi sono ancora più fini. Anche la densità del suolo cambia con la profondità. Gli strati più sciolti contengono materia organica. La porosità di questi strati è determinata dal fatto che le sostanze organiche uniscono le particelle minerali in aggregati più grandi, tra i quali aumenta il volume delle cavità. Il più denso è solitamente l'orizzonte illuviale IN, cementato dalle particelle colloidali bagnate al suo interno.

L'umidità nel terreno è presente in vari stati: 1) legata (igroscopica e filmata) è saldamente trattenuta dalla superficie delle particelle del terreno; 2) il capillare occupa piccoli pori e può muoversi lungo di essi in varie direzioni; 3) la gravità riempie i vuoti più grandi e filtra lentamente sotto l'influenza della gravità; 4) il vapore è contenuto nell'aria del suolo.

Il contenuto di acqua non è lo stesso in terreni diversi e in tempi diversi. Se c'è troppa umidità gravitazionale, il regime del suolo è vicino al regime dei corpi idrici. Nel terreno asciutto rimane solo acqua legata e le condizioni si avvicinano a quelle del terreno. Tuttavia, anche nei terreni più secchi, l'aria è più umida del terreno, quindi gli abitanti del suolo sono molto meno suscettibili al rischio di seccarsi rispetto alla superficie.

La composizione dell'aria del suolo è variabile. Con la profondità, il contenuto di ossigeno diminuisce drasticamente e la concentrazione di anidride carbonica aumenta. A causa della presenza di sostanze organiche in decomposizione nel terreno, l'aria del suolo può contenere un'elevata concentrazione di gas tossici come ammoniaca, acido solfidrico, metano, ecc. Quando il terreno è allagato o i residui vegetali marciscono intensamente, possono verificarsi condizioni completamente anaerobiche. verificarsi in luoghi.

Fluttuazioni della temperatura di taglio solo sulla superficie del terreno. Qui possono essere ancora più forti che nello strato d'aria terrestre. Tuttavia, con ogni centimetro di profondità, le variazioni di temperatura giornaliere e stagionali diventano sempre meno visibili ad una profondità di 1–1,5 m (Fig. 51).

Riso. 51. Diminuzione delle fluttuazioni annuali della temperatura del suolo con la profondità (secondo K. Schmidt-Nilson, 1972). La parte ombreggiata rappresenta l'intervallo delle fluttuazioni annuali della temperatura

Tutte queste caratteristiche portano al fatto che, nonostante la grande eterogeneità delle condizioni ambientali nel suolo, esso agisce come un ambiente abbastanza stabile, soprattutto per gli organismi mobili. Un forte gradiente di temperatura e umidità nel profilo del suolo consente agli animali del suolo di procurarsi un ambiente ecologico adatto attraverso piccoli movimenti.

4.3.2. Abitanti del suolo

L'eterogeneità del suolo porta al fatto che per organismi di dimensioni diverse agisce come un ambiente diverso. Per i microrganismi, l'enorme superficie totale delle particelle del suolo è di particolare importanza, poiché su di esse viene adsorbita la stragrande maggioranza della popolazione microbica. La complessità dell'ambiente del suolo crea un'ampia varietà di condizioni per una varietà di gruppi funzionali: aerobi e anaerobi, consumatori di composti organici e minerali. La distribuzione dei microrganismi nel suolo è caratterizzata da piccoli focolai, poiché anche in pochi millimetri possono essere sostituite diverse zone ecologiche.

Per piccoli animali del suolo (Fig. 52, 53), che sono riuniti sotto il nome microfauna (protozoi, rotiferi, tardigradi, nematodi, ecc.), il suolo è un sistema di micro-serbatoi. Essenzialmente sono organismi acquatici. Vivono nei pori del suolo pieni di acqua gravitazionale o capillare e parte della vita può, come i microrganismi, trovarsi in uno stato adsorbito sulla superficie delle particelle in sottili strati di umidità del film. Molte di queste specie vivono in normali corpi idrici. Tuttavia, le forme del suolo sono molto più piccole di quelle d'acqua dolce e, inoltre, si distinguono per la capacità di rimanere a lungo in uno stato incistato, aspettando periodi sfavorevoli. Mentre le amebe d'acqua dolce hanno una dimensione di 50-100 micron, quelle del suolo sono solo 10-15. I rappresentanti dei flagellati sono particolarmente piccoli, spesso solo 2-5 micron. Anche i ciliati del suolo hanno dimensioni nane e, inoltre, possono cambiare notevolmente la forma del corpo.

Riso. 52. Ameba testata che si nutre di batteri sulle foglie in decomposizione del suolo della foresta

Riso. 53. Microfauna del suolo (secondo W. Dunger, 1974):

1–4 - flagelli; 5–8 - ameba nuda; 9-10 - ameba testata; 11–13 - ciliati; 14–16 - nematodi; 17–18 - rotiferi; 19–20 – tardigradi

Per gli animali leggermente più grandi che respirano aria, il suolo appare come un sistema di caverne poco profonde. Tali animali sono raggruppati sotto il nome mesofauna (Fig. 54). Le dimensioni dei rappresentanti della mesofauna del suolo variano da decimi a 2-3 mm. Questo gruppo comprende principalmente artropodi: numerosi gruppi di zecche, insetti primari senza ali (collemboli, protura, insetti a due code), piccole specie di insetti alati, millepiedi sinfili, ecc. Non hanno adattamenti speciali per scavare. Strisciano lungo le pareti delle cavità del terreno con l'aiuto degli arti o dimenandosi come un verme. L'aria del suolo satura di vapore acqueo consente di respirare attraverso le coperture. Molte specie non hanno un sistema tracheale. Tali animali sono molto sensibili all'essiccamento. Il principale mezzo di salvezza dalle fluttuazioni dell'umidità dell'aria per loro è il movimento nell'entroterra. Ma la possibilità di migrazione in profondità nelle cavità del suolo è limitata dalla rapida diminuzione del diametro dei pori, quindi solo le specie più piccole possono muoversi attraverso i pozzi del suolo. I rappresentanti più grandi della mesofauna hanno alcuni adattamenti che consentono loro di sopportare una temporanea diminuzione dell'umidità dell'aria nel suolo: scaglie protettive sul corpo, parziale impermeabilità del tegumento, un guscio solido a pareti spesse con un'epicuticola in combinazione con un primitivo sistema tracheale che fornisce la respirazione.

Riso. 54. Mesofauna del suolo (no W. Danger, 1974):

1 - falsa scorticatura; 2 - Gama nuovo bagliore; 3–4 acari delle conchiglie; 5 – millepiedi pauroioda; 6 – larva di zanzara chironomide; 7 - uno scarabeo della famiglia. Ptiliidae; 8–9 primavere

I rappresentanti della mesofauna sperimentano periodi di inondazione del suolo con acqua in bolle d'aria. L'aria viene trattenuta attorno al corpo degli animali grazie ai loro tegumenti non bagnanti, dotati anche di peli, squame, ecc. La bolla d'aria serve come una sorta di "branchia fisica" per un piccolo animale. La respirazione viene effettuata a causa della diffusione dell'ossigeno nello strato d'aria dall'acqua circostante.

I rappresentanti della micro e della mesofauna sono in grado di tollerare il congelamento invernale del suolo, poiché la maggior parte delle specie non può scendere dagli strati esposti a temperature negative.

Gli animali del suolo più grandi, con dimensioni corporee comprese tra 2 e 20 mm, sono chiamati rappresentanti macrofauna (Fig. 55). Queste sono larve di insetti, millepiedi, enchitreidi, lombrichi, ecc. Per loro, il terreno è un mezzo denso che fornisce una significativa resistenza meccanica durante il movimento. Queste forme relativamente grandi si muovono nel terreno espandendo i pozzi naturali allontanando le particelle del terreno o scavando nuovi passaggi. Entrambe le modalità di movimento lasciano un'impronta sulla struttura esterna degli animali.

Riso. 55. Macrofauna del suolo (no W. Danger, 1974):

1 - lombrico; 2 – pidocchi di legno; 3 – millepiedi labiopode; 4 – millepiedi bipede; 5 - larva di coleottero; 6 – fare clic sulla larva dello scarabeo; 7 – orso; 8 - larva di larva

La capacità di muoversi lungo buchi sottili, quasi senza ricorrere allo scavo, è inerente solo alle specie che hanno un corpo di piccola sezione trasversale che può piegarsi fortemente nei passaggi tortuosi (millepiedi - drupe e geofili). Separando le particelle di terreno a causa della pressione delle pareti del corpo, si muovono i lombrichi, le larve di zanzare millepiedi, ecc.. Dopo aver fissato l'estremità posteriore, assottigliano e allungano quella anteriore, penetrando nelle strette fessure del terreno, quindi fissano la parte anteriore di il corpo e aumentarne il diametro. Allo stesso tempo, nell'area espansa, a causa del lavoro dei muscoli, si crea una forte pressione idraulica del fluido intracavitario incomprimibile: nei vermi, il contenuto delle sacche celomiche e nei tipulidi, l'emolinfa. La pressione viene trasmessa attraverso le pareti del corpo al terreno e quindi l'animale espande il pozzo. Allo stesso tempo, rimane un passaggio aperto, che minaccia di aumentare l'evaporazione e l'inseguimento dei predatori. Molte specie hanno sviluppato adattamenti a un tipo di movimento nel terreno ecologicamente più vantaggioso: scavare con intasamento il passaggio dietro di loro. Lo scavo viene effettuato allentando e rastrellando le particelle di terreno. Per questo, le larve di vari insetti utilizzano l'estremità anteriore della testa, le mandibole e gli arti anteriori, espansi e rinforzati con uno spesso strato di chitina, spine ed escrescenze. All'estremità posteriore del corpo si sviluppano dispositivi per una forte fissazione: supporti retrattili, denti, ganci. Per chiudere il passaggio sugli ultimi segmenti, alcune specie sono dotate di una speciale piattaforma depressa, incorniciata da fianchi o denti chitinosi, una specie di carriola. Aree simili si formano sul retro delle elitre nei coleotteri corteccia, che le usano anche per ostruire i passaggi con farina di trapano. Chiudendo il passaggio dietro di loro, gli animali - gli abitanti del suolo sono costantemente in una camera chiusa, satura dell'evaporazione del proprio corpo.

Lo scambio di gas nella maggior parte delle specie di questo gruppo ecologico viene effettuato con l'aiuto di organi respiratori specializzati, ma insieme a questo è integrato dallo scambio di gas attraverso i tegumenti. È anche possibile esclusivamente la respirazione cutanea, ad esempio nei lombrichi, enchitreidi.

Gli animali scavatori possono lasciare strati in cui si verificano condizioni sfavorevoli. Nei periodi siccitosi e invernali si concentrano negli strati più profondi, solitamente a poche decine di centimetri dalla superficie.

Megafauna i terreni sono grandi scavi, principalmente tra i mammiferi. Numerose specie trascorrono l'intera vita nel suolo (ratti talpa, arvicole talpa, zokor, talpe dell'Eurasia, talpe dorate

Africa, talpe marsupiali dell'Australia, ecc.). Realizzano interi sistemi di passaggi e buchi nel terreno. L'aspetto e le caratteristiche anatomiche di questi animali riflettono la loro adattabilità a uno stile di vita sotterraneo. Hanno occhi sottosviluppati, un corpo compatto e valky con un collo corto, una pelliccia corta e folta, arti forti che scavano con forti artigli. I ratti talpa e le arvicole talpe allentano il terreno con i loro scalpelli. Nella megafauna del suolo dovrebbero essere inclusi anche i grandi oligocheti, in particolare i rappresentanti della famiglia Megascolecidae che vivono nei tropici e nell'emisfero australe. Il più grande di loro, l'australiano Megascolides australis, raggiunge una lunghezza di 2,5 e anche 3 m.

Oltre agli abitanti permanenti del suolo, tra i grandi animali si può distinguere un grande gruppo ecologico. abitanti delle tane (scoiattoli di terra, marmotte, gerboa, conigli, tassi, ecc.). Si nutrono in superficie, ma si riproducono, vanno in letargo, riposano e sfuggono ai pericoli nel terreno. Numerosi altri animali usano le loro tane, trovando in esse un microclima favorevole e riparo dai nemici. I Nornik hanno caratteristiche strutturali caratteristiche degli animali terrestri, ma hanno una serie di adattamenti associati a uno stile di vita scavatore. Ad esempio, i tassi hanno artigli lunghi e muscoli forti sugli arti anteriori, una testa stretta e piccoli padiglioni auricolari. Rispetto alle lepri che non scavano tane, i conigli hanno orecchie e zampe posteriori notevolmente accorciate, un cranio più forte, ossa e muscoli degli avambracci più forti, ecc.

Per una serie di caratteristiche ecologiche, il suolo è un mezzo intermedio tra acqua e terra. Il suolo è avvicinato all'ambiente acquatico dal suo regime di temperatura, dal ridotto contenuto di ossigeno nell'aria del suolo, dalla sua saturazione di vapore acqueo e dalla presenza di acqua in altre forme, dalla presenza di sali e sostanze organiche nelle soluzioni del suolo, e dalla capacità di muoversi in tre dimensioni.

La presenza di aria nel suolo, la minaccia di essiccazione negli orizzonti superiori e cambiamenti piuttosto bruschi nel regime di temperatura degli strati superficiali avvicinano il suolo all'ambiente aereo.

Le proprietà ecologiche intermedie del suolo come habitat per gli animali suggeriscono che il suolo ha svolto un ruolo speciale nell'evoluzione del mondo animale. Per molti gruppi, in particolare per gli artropodi, il suolo fungeva da mezzo attraverso il quale gli abitanti originariamente acquatici potevano passare a uno stile di vita terrestre e conquistare la terra. Questo percorso di evoluzione degli artropodi è stato dimostrato dai lavori di M. S. Gilyarov (1912–1985).

4.4. Gli organismi viventi come habitat

Molti tipi di organismi eterotrofi vivono in altri esseri viventi per tutta la loro vita o parte del loro ciclo vitale, i cui corpi fungono da ambiente per loro che differisce significativamente nelle proprietà da quello esterno.

Riso. 56. Cavaliere che infetta gli afidi

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