Le reazioni a fattori ambientali sfavorevoli solo in determinate condizioni sono dannose per gli organismi viventi e nella maggior parte dei casi hanno un valore adattivo. Pertanto, queste risposte sono state chiamate da Selye "sindrome di adattamento generale". Nelle opere successive, ha usato i termini "stress" e "sindrome di adattamento generale" come sinonimi.

Adattamento- questo è un processo geneticamente determinato di formazione di sistemi protettivi che forniscono un aumento della stabilità e del flusso dell'ontogenesi in condizioni sfavorevoli per esso.

L'adattamento è uno dei meccanismi più importanti che aumenta la stabilità di un sistema biologico, compreso un organismo vegetale, nelle mutate condizioni di esistenza. Quanto meglio l'organismo si adatta a qualche fattore, tanto più è resistente alle sue fluttuazioni.

La capacità genotipicamente determinata di un organismo di modificare il metabolismo entro determinati limiti, a seconda dell'azione ambiente esterno chiamata velocità di reazione. È controllato dal genotipo ed è caratteristico di tutti gli organismi viventi. La maggior parte delle modifiche che si verificano entro i limiti della norma di reazione hanno un significato adattivo. Corrispondono ai cambiamenti nell'habitat e forniscono una migliore sopravvivenza delle piante in condizioni ambientali fluttuanti. A questo proposito, tali modifiche sono di importanza evolutiva. Il termine "velocità di reazione" è stato introdotto da V.L. Johansen (1909).

Maggiore è la capacità di una specie o varietà di modificarsi in base all'ambiente, maggiore è la sua velocità di reazione e maggiore è la capacità di adattamento. Questa proprietà distingue varietà resistenti di colture agricole. Di norma, cambiamenti lievi ea breve termine nei fattori ambientali non portano a violazioni significative delle funzioni fisiologiche delle piante. Ciò è dovuto alla loro capacità di mantenere un relativo equilibrio dinamico. ambiente interno e stabilità delle funzioni fisiologiche di base in un ambiente mutevole. Allo stesso tempo, impatti acuti e prolungati portano all'interruzione di molte funzioni della pianta e spesso alla sua morte.

L'adattamento comprende tutti i processi e gli adattamenti (anatomici, morfologici, fisiologici, comportamentali, ecc.) che aumentano la stabilità e contribuiscono alla sopravvivenza della specie.

1.Adattamenti anatomici e morfologici. In alcuni rappresentanti di xerofite, la lunghezza dell'apparato radicale raggiunge diverse decine di metri, il che consente alla pianta di utilizzare le acque sotterranee e di non sperimentare una mancanza di umidità in condizioni di suolo e siccità atmosferica. In altre xerofite, la presenza di una cuticola spessa, la pubescenza delle foglie e la trasformazione delle foglie in spine riducono la perdita d'acqua, molto importante in condizioni di mancanza di umidità.

I peli e le spine in fiamme proteggono le piante dall'essere mangiate dagli animali.

Gli alberi nella tundra o in alta montagna sembrano arbusti striscianti tozzi, in inverno sono ricoperti di neve, che li protegge dalle forti gelate.

Nelle regioni montuose con grandi sbalzi di temperatura diurni, le piante hanno spesso la forma di cuscini appiattiti con numerosi steli densamente distanziati. Ciò consente di mantenere l'umidità all'interno dei cuscini e una temperatura relativamente uniforme per tutto il giorno.

Nelle piante palustri e acquatiche si forma uno speciale parenchima portatore d'aria (aerenchyma), che è un serbatoio d'aria e facilita la respirazione delle parti di piante immerse nell'acqua.

2. Adattamenti fisiologici e biochimici. Nelle piante grasse, un adattamento per la crescita in condizioni desertiche e semi-desertiche è l'assimilazione di CO 2 durante la fotosintesi lungo il percorso CAM. Queste piante hanno stomi chiusi durante il giorno. Pertanto, l'impianto impedisce l'evaporazione delle riserve idriche interne. Nei deserti, l'acqua è il principale fattore che limita la crescita delle piante. Gli stomi si aprono di notte e in questo momento la CO 2 entra nei tessuti fotosintetici. Il successivo coinvolgimento della CO2 nel ciclo fotosintetico avviene di giorno già con stomi chiusi.

Gli adattamenti fisiologici e biochimici includono la capacità degli stomi di aprirsi e chiudersi, a seconda delle condizioni esterne. La sintesi nelle cellule di acido abscissico, prolina, proteine ​​protettive, fitoalessine, fitoncidi, un aumento dell'attività degli enzimi che contrastano la disgregazione ossidativa delle sostanze organiche, l'accumulo di zuccheri nelle cellule e una serie di altre alterazioni del metabolismo contribuiscono ad un aumento della resistenza delle piante a condizioni ambientali avverse.

La stessa reazione biochimica può essere condotta da diverse forme molecolari dello stesso enzima (isoenzimi), mentre ciascuna isoforma mostra attività catalitica in un intervallo relativamente ristretto di alcuni parametri ambientali, come la temperatura. La presenza di un certo numero di isoenzimi consente alla pianta di effettuare la reazione in un intervallo di temperature molto più ampio, rispetto a ogni singolo isoenzima. Ciò consente alla pianta di svolgere con successo funzioni vitali in condizioni di temperatura variabile.

3. Adattamenti comportamentali o evitamento di un fattore avverso. Un esempio sono gli effimeri e gli efemeroidi (papavero, fiore stellato, crochi, tulipani, bucaneve). Passano attraverso l'intero ciclo del loro sviluppo in primavera per 1,5-2 mesi, anche prima dell'inizio del caldo e della siccità. Quindi, in qualche modo se ne vanno, o evitano di cadere sotto l'influenza del fattore di stress. Allo stesso modo, le varietà di colture agricole a maturazione precoce formano una coltura prima dell'inizio di eventi stagionali avversi: nebbie di agosto, piogge, gelate. Pertanto, la selezione di molte colture agricole è finalizzata alla creazione di varietà precoci mature. Le piante perenni svernano come rizomi e bulbi nel terreno sotto la neve, che le protegge dal gelo.

L'adattamento delle piante a fattori sfavorevoli viene effettuato contemporaneamente a molti livelli di regolazione, da una singola cellula a una fitocenosi. Maggiore è il livello di organizzazione (cellula, organismo, popolazione), maggiore è il numero di meccanismi coinvolti contemporaneamente nell'adattamento delle piante allo stress.

La regolazione dei processi metabolici e adattativi all'interno della cellula viene effettuata con l'ausilio di sistemi: metabolico (enzimatico); genetico; membrana. Questi sistemi sono strettamente correlati. Pertanto, le proprietà delle membrane dipendono dall'attività genica e l'attività differenziale dei geni stessi è sotto il controllo delle membrane. La sintesi degli enzimi e la loro attività sono controllate a livello genetico, allo stesso tempo gli enzimi regolano il metabolismo dell'acido nucleico nella cellula.

Sul livello dell'organismo ai meccanismi cellulari di adattamento se ne aggiungono di nuovi, che riflettono l'interazione degli organi. In condizioni sfavorevoli, le piante creano e conservano un tale numero di elementi fruttiferi che vengono forniti in quantità sufficienti con le sostanze necessarie per formare semi a tutti gli effetti. Ad esempio, nelle infiorescenze di cereali coltivati ​​e nelle corone alberi da frutta in condizioni avverse, più della metà delle ovaie deposte può cadere. Tali cambiamenti si basano su relazioni competitive tra organi fisiologicamente attivi e nutrienti.

In condizioni di stress, i processi di invecchiamento e caduta delle foglie inferiori sono fortemente accelerati. in cui necessari alle piante le sostanze si spostano da loro agli organi giovani, rispondendo alla strategia di sopravvivenza dell'organismo. Grazie al riciclo dei nutrienti dalle foglie inferiori, quelle più giovani, le foglie superiori, rimangono vitali.

Esistono meccanismi di rigenerazione degli organi perduti. Ad esempio, la superficie della ferita è ricoperta da un tessuto tegumentario secondario (periderma della ferita), la ferita sul tronco o sul ramo viene curata con influssi (calli). Con la perdita del germoglio apicale, i germogli dormienti si risvegliano nelle piante e i germogli laterali si sviluppano intensamente. Anche il ripristino primaverile delle foglie al posto di quelle cadute in autunno è un esempio di rigenerazione naturale degli organi. La rigenerazione come dispositivo biologico che prevede la propagazione vegetativa delle piante per segmenti di radice, rizoma, tallo, fusto e ritagli di foglie, cellule isolate, singoli protoplasti, è di grande importanza pratica per la coltivazione delle piante, la frutticoltura, la silvicoltura, il giardinaggio ornamentale, ecc.

Il sistema ormonale è coinvolto anche nei processi di protezione e adattamento a livello vegetale. Ad esempio, sotto l'influenza di condizioni sfavorevoli nella pianta, il contenuto di inibitori della crescita aumenta notevolmente: etilene e acido abscissico. Riducono il metabolismo, inibiscono i processi di crescita, accelerano l'invecchiamento, la caduta degli organi e il passaggio della pianta a uno stato dormiente. L'inibizione dell'attività funzionale sotto stress sotto l'influenza di inibitori della crescita è una reazione caratteristica per le piante. Allo stesso tempo, diminuisce il contenuto di stimolanti della crescita nei tessuti: citochinine, auxine e gibberelline.

Sul livello di popolazione viene aggiunta la selezione, che porta alla comparsa di organismi più adattati. La possibilità di selezione è determinata dall'esistenza di variabilità all'interno della popolazione nella resistenza delle piante a vari fattori ambientali. Un esempio di variabilità della resistenza all'interno della popolazione può essere l'aspetto ostile delle piantine su terreno salino e un aumento della variazione del tempo di germinazione con un aumento dell'azione di un fattore di stress.

Una specie nella visione moderna è costituita da un gran numero di biotipi: unità ecologiche più piccole, geneticamente identiche, ma che mostrano una diversa resistenza ai fattori ambientali. In condizioni diverse, non tutti i biotipi sono ugualmente vitali e, a causa della concorrenza, rimangono solo quelli che soddisfano meglio le condizioni date. Cioè, la resistenza di una popolazione (varietà) a un particolare fattore è determinata dalla resistenza degli organismi che compongono la popolazione. varietà resistenti hanno nella loro composizione un insieme di biotipi che garantiscono una buona produttività anche in condizioni avverse.

Allo stesso tempo, nel processo di coltivazione a lungo termine, la composizione e il rapporto dei biotipi nella popolazione cambiano nelle varietà, il che influisce sulla produttività e sulla qualità della varietà, spesso non in meglio.

Quindi, l'adattamento include tutti i processi e gli adattamenti che aumentano la resistenza delle piante a condizioni ambientali avverse (anatomiche, morfologiche, fisiologiche, biochimiche, comportamentali, di popolazione, ecc.)

Ma per scegliere il modo più efficace di adattamento, la cosa principale è il tempo durante il quale il corpo deve adattarsi alle nuove condizioni.

Con l'azione improvvisa di un fattore estremo, la risposta non può essere ritardata, deve seguire immediatamente per escludere danni irreversibili all'impianto. Con gli impatti a lungo termine di una piccola forza, i riarrangiamenti adattativi si verificano gradualmente, mentre aumenta la scelta delle possibili strategie.

A questo proposito, ci sono tre strategie di adattamento principali: evolutivo, ontogenetico e urgente. Il compito della strategia è l'uso efficiente delle risorse disponibili per raggiungere l'obiettivo principale: la sopravvivenza dell'organismo sotto stress. La strategia di adattamento mira a mantenere l'integrità strutturale delle macromolecole vitali e l'attività funzionale delle strutture cellulari, a mantenere i sistemi di regolazione dell'attività vitale ea fornire energia alle piante.

Adattamenti evolutivi o filogenetici(filogenesi - lo sviluppo di una specie biologica nel tempo) - si tratta di adattamenti che sorgono durante il processo evolutivo sulla base di mutazioni genetiche, selezione e sono ereditati. Sono i più affidabili per la sopravvivenza delle piante.

Ogni specie di piante in via di evoluzione ha sviluppato determinati bisogni per le condizioni di esistenza e di adattabilità alla nicchia ecologica che occupa, un adattamento stabile dell'organismo all'ambiente. A seguito dell'azione a lungo termine delle condizioni rilevanti si sono formate tolleranza all'umidità e all'ombra, resistenza al calore, resistenza al freddo e altre caratteristiche ecologiche di specie vegetali specifiche. Pertanto, le piante amanti del calore e a giorno corto sono caratteristiche delle latitudini meridionali, le piante meno esigenti in termini di calore e le piante a giorno lungo sono caratteristiche delle latitudini settentrionali. Sono ben noti numerosi adattamenti evolutivi delle piante xerofite alla siccità: uso economico dell'acqua, apparato radicale profondamente radicato, caduta delle foglie e transizione a uno stato dormiente e altri adattamenti.

A questo proposito, le varietà di piante agricole mostrano resistenza proprio a quei fattori ambientali contro i quali si attua l'allevamento e la selezione delle forme produttive. Se la selezione avviene in un certo numero di generazioni successive sullo sfondo della costante influenza di qualche fattore sfavorevole, la resistenza della varietà ad essa può essere notevolmente aumentata. È naturale che le varietà di allevamento di istituti di ricerca agricoltura Il sud-est (Saratov), ​​​​sono più resistenti alla siccità rispetto alle varietà create nei centri di riproduzione della regione di Mosca. Allo stesso modo, in zone ecologiche con condizioni pedoclimatiche sfavorevoli, si sono formate varietà vegetali locali resistenti e le specie vegetali endemiche sono resistenti allo stressor che si esprime nel loro habitat.

Caratterizzazione della resistenza delle varietà di frumento primaverile dalla collezione dell'Istituto russo per l'industria vegetale (Semenov et al., 2005)

Varietà	Origine	Sostenibilità
Enita	La regione di Mosca	Medio resistente alla siccità
Saratovskaja 29	regione di Saratov	resistente alla siccità
Cometa	regione di Sverdlovsk.	resistente alla siccità
Karazino	Brasile	resistente agli acidi
Preludio	Brasile	resistente agli acidi
Kolonia	Brasile	resistente agli acidi
Trintani	Brasile	resistente agli acidi
PPG-56	Kazakistan	tollerante al sale
Osh	Kirghizistan	tollerante al sale
Surkhak 5688	Tagikistan	tollerante al sale
Messel	Norvegia	Tollerante al sale

In un ambiente naturale, le condizioni ambientali di solito cambiano molto rapidamente e il tempo durante il quale il fattore di stress raggiunge un livello dannoso non è sufficiente per la formazione di adattamenti evolutivi. In questi casi, le piante utilizzano meccanismi di difesa non permanenti, ma indotti da fattori di stress, la cui formazione è geneticamente predeterminata (determinata).

Adattamenti ontogenetici (fenotipici). non sono associati a mutazioni genetiche e non sono ereditati. La formazione di tali adattamenti richiede un tempo relativamente lungo, quindi sono chiamati adattamenti a lungo termine. Uno di questi meccanismi è la capacità di un certo numero di piante di formare un percorso di fotosintesi di tipo CAM per il risparmio idrico in condizioni di deficit idrico causato da siccità, salinità, basse temperature e altri fattori di stress.

Questo adattamento è associato all'induzione dell'espressione del gene della fosfoenolpiruvato carbossilasi, inattivo in condizioni normali, e dei geni di altri enzimi della via CAM di assorbimento della CO2, alla biosintesi degli osmoliti (prolina), all'attivazione dell'antiossidante sistemi e con i cambiamenti nei ritmi quotidiani dei movimenti stomatici. Tutto ciò porta a un consumo d'acqua molto economico.

Nelle colture in pieno campo, ad esempio, nel mais, l'aerenchima è assente nelle normali condizioni di crescita. Ma in condizioni di allagamento e mancanza di ossigeno nei tessuti delle radici, alcune cellule della corteccia primaria della radice e del gambo muoiono (apoptosi o morte cellulare programmata). Al loro posto si formano cavità, attraverso le quali l'ossigeno viene trasportato dalla parte aerea della pianta all'apparato radicale. Il segnale per la morte cellulare è la sintesi dell'etilene.

Adattamento urgente avviene con rapidi e intensi cambiamenti delle condizioni di vita. Si basa sulla formazione e sul funzionamento di sistemi di protezione dagli urti. Scioccare sistemi di protezione includono, ad esempio, il sistema proteico da shock termico, che si forma in risposta a un rapido aumento della temperatura. Questi meccanismi forniscono condizioni di sopravvivenza a breve termine sotto l'azione di un fattore dannoso e creano quindi i prerequisiti per la formazione di meccanismi di adattamento specializzato a lungo termine più affidabili. Un esempio di meccanismi di adattamento specializzati è la nuova formazione di proteine ​​antigelo a basse temperature o la sintesi di zuccheri durante lo svernamento delle colture invernali. Allo stesso tempo, se l'effetto dannoso del fattore supera le capacità protettive e riparative del corpo, inevitabilmente si verifica la morte. In questo caso, l'organismo muore nella fase di urgenza o nella fase di adattamento specializzato, a seconda dell'intensità e della durata del fattore estremo.

Distinguere specifica e non specifico (generale) risposte delle piante ai fattori di stress.

Reazioni aspecifiche non dipendono dalla natura del fattore agente. Sono gli stessi sotto l'azione di alte e basse temperature, mancanza o eccesso di umidità, alte concentrazioni di sali nel suolo o gas nocivi nell'aria. In tutti i casi, aumenta la permeabilità delle membrane nelle cellule vegetali, la respirazione è disturbata, aumenta la decomposizione idrolitica delle sostanze, aumenta la sintesi di etilene e acido abscissico e la divisione cellulare e l'allungamento sono inibiti.

La tabella mostra un complesso di cambiamenti non specifici che si verificano nelle piante sotto l'influenza di vari fattori ambientali.

Cambiamenti nei parametri fisiologici nelle piante sotto l'influenza di condizioni stressanti (secondo G.V., Udovenko, 1995)

Opzioni	La natura della modifica dei parametri in condizioni
	siccità	salinità	alta temperatura	bassa temperatura
La concentrazione di ioni nei tessuti	in crescita	in crescita	in crescita	in crescita
Attività dell'acqua nella cellula	Cadere	Cadere	Cadere	Cadere
Potenziale osmotico della cellula	in crescita	in crescita	in crescita	in crescita
Capacità di ritenzione idrica	in crescita	in crescita	in crescita	—
Scarsità d'acqua	in crescita	in crescita	in crescita	—
Permeabilità al protoplasma	in crescita	in crescita	in crescita	—
Tasso di traspirazione	Cadere	Cadere	in crescita	Cadere
Efficienza di traspirazione	Cadere	Cadere	Cadere	Cadere
Efficienza energetica della respirazione	Cadere	Cadere	Cadere	—
Intensità respiratoria	in crescita	in crescita	in crescita	—
Fotofosforilazione	Diminuisce	Diminuisce	—	Diminuisce
Stabilizzazione del DNA nucleare	in crescita	in crescita	in crescita	in crescita
Attività funzionale del DNA	Diminuisce	Diminuisce	Diminuisce	Diminuisce
Concentrazione di prolina	in crescita	in crescita	in crescita	—
Contenuto di proteine ​​idrosolubili	in crescita	in crescita	in crescita	in crescita
Reazioni sintetiche	Soppresso	Soppresso	Soppresso	Soppresso
Assorbimento di ioni da parte delle radici	Soppresso	Soppresso	Soppresso	Soppresso
Trasporto di sostanze	Depresso	Depresso	Depresso	Depresso
Concentrazione del pigmento	Cadere	Cadere	Cadere	Cadere
divisione cellulare	rallenta	rallenta	—	—
Allungamento cellulare	Soppresso	Soppresso	—	—
Numero di elementi di frutta	Ridotto	Ridotto	Ridotto	Ridotto
Invecchiamento d'organo	Accelerato	Accelerato	Accelerato	—
raccolto biologico	Declassato	Declassato	Declassato	Declassato

Sulla base dei dati della tabella, si può vedere che la resistenza delle piante a diversi fattori è accompagnata da cambiamenti fisiologici unidirezionali. Ciò dà motivo di ritenere che un aumento della resistenza delle piante a un fattore possa essere accompagnato da un aumento della resistenza a un altro. Ciò è stato confermato da esperimenti.

Esperimenti presso l'Istituto di fisiologia vegetale dell'Accademia delle scienze russa (Vl. V. Kuznetsov et al.) hanno dimostrato che a breve termine trattamento termico le piante di cotone sono accompagnate da un aumento della loro resistenza alla successiva salinizzazione. E l'adattamento delle piante alla salinità porta ad un aumento della loro resistenza alle alte temperature. Lo shock termico aumenta la capacità delle piante di adattarsi alla successiva siccità e, al contrario, nel processo di siccità, aumenta la resistenza del corpo alle alte temperature. L'esposizione a breve termine alle alte temperature aumenta la resistenza ai metalli pesanti e ai raggi UV-B. La precedente siccità favorisce la sopravvivenza delle piante in condizioni di salinità o freddo.

Viene chiamato il processo di aumento della resistenza dell'organismo a un dato fattore ambientale a seguito dell'adattamento a un fattore di natura diversa adattamento incrociato.

Per studiare i meccanismi generali (non specifici) di resistenza, di grande interesse è la risposta delle piante a fattori che causano carenza idrica nelle piante: salinità, siccità, basse e alte temperature e alcuni altri. A livello dell'intero organismo, tutte le piante reagiscono allo stesso modo alla carenza d'acqua. Caratterizzato dall'inibizione della crescita dei germogli, dall'aumento della crescita dell'apparato radicale, dalla sintesi dell'acido abscissico e da una diminuzione della conduttanza stomatica. Dopo qualche tempo, le foglie inferiori invecchiano rapidamente e si osserva la loro morte. Tutte queste reazioni hanno lo scopo di ridurre il consumo di acqua riducendo la superficie evaporante, nonché aumentando l'attività di assorbimento della radice.

Reazioni specifiche sono reazioni all'azione di un qualsiasi fattore di stress. Quindi, le fitoalessine (sostanze con proprietà antibiotiche) sono sintetizzate nelle piante in risposta al contatto con agenti patogeni (patogeni).

La specificità o non specificità delle risposte implica, da un lato, l'atteggiamento della pianta nei confronti dei vari fattori di stress e, dall'altro, la specificità delle reazioni vegetali. vari tipi e varietà per lo stesso fattore di stress.

La manifestazione di risposte specifiche e non specifiche delle piante dipende dalla forza dello stress e dalla velocità del suo sviluppo. Risposte specifiche si verificano più spesso se lo stress si sviluppa lentamente e il corpo ha il tempo di ricostruirsi e adattarsi ad esso. Le reazioni aspecifiche di solito si verificano con un effetto più breve e più forte del fattore di stress. Il funzionamento di meccanismi di resistenza non specifici (generali) consente alla pianta di evitare ingenti spese energetiche per la formazione di meccanismi di adattamento specializzati (specifici) in risposta a qualsiasi deviazione dalla norma nelle loro condizioni di vita.

La resistenza delle piante allo stress dipende dalla fase dell'ontogenesi. Le piante e gli organi vegetali più stabili in uno stato dormiente: sotto forma di semi, bulbi; piante perenni legnose - in uno stato di profonda dormienza dopo la caduta delle foglie. Le piante sono più sensibili in giovane età, poiché i processi di crescita sono danneggiati in primo luogo in condizioni di stress. Il secondo periodo critico è il periodo di formazione e fecondazione dei gameti. L'effetto dello stress durante questo periodo porta ad una diminuzione della funzione riproduttiva delle piante e ad una diminuzione della resa.

Se le condizioni di stress si ripetono e hanno una bassa intensità, contribuiscono all'indurimento delle piante. Questa è la base per i metodi per aumentare la resistenza alle basse temperature, al calore, alla salinità e ad un maggiore contenuto di gas nocivi nell'aria.

Affidabilità di un organismo vegetale è determinato dalla sua capacità di prevenire o eliminare fallimenti a diversi livelli di organizzazione biologica: molecolare, subcellulare, cellulare, tissutale, d'organo, organismo e popolazione.

Per prevenire interruzioni nella vita delle piante sotto l'influenza di fattori avversi, i principi ridondanza, eterogeneità di componenti funzionalmente equivalenti, sistemi per la riparazione di strutture smarrite.

La ridondanza delle strutture e delle funzionalità è uno dei modi principali per garantire l'affidabilità dei sistemi. La ridondanza e la ridondanza hanno molteplici manifestazioni. A livello subcellulare, la riserva e la duplicazione del materiale genetico contribuiscono all'aumento dell'affidabilità dell'organismo vegetale. Ciò è fornito, ad esempio, dalla doppia elica del DNA, aumentando la ploidia. L'affidabilità del funzionamento dell'organismo vegetale in condizioni mutevoli è supportata anche dalla presenza di varie molecole di RNA messaggero e dalla formazione di polipeptidi eterogenei. Questi includono isoenzimi che catalizzano la stessa reazione, ma differiscono nelle loro proprietà fisico-chimiche e nella stabilità della struttura molecolare in condizioni ambientali mutevoli.

A livello cellulare, un esempio di ridondanza è un eccesso di organelli cellulari. Pertanto, è stato stabilito che una parte dei cloroplasti disponibili è sufficiente per fornire alla pianta prodotti di fotosintesi. I restanti cloroplasti, per così dire, rimangono in riserva. Lo stesso vale per il contenuto totale di clorofilla. La ridondanza si manifesta anche in un grande accumulo di precursori per la biosintesi di molti composti.

A livello organismico, il principio della ridondanza si esprime nella formazione e deposizione in tempi diversi di più germogli, fiori, spighette di quanto sia necessario per il passaggio delle generazioni, in un'enorme quantità di polline, ovuli, semi.

A livello di popolazione, il principio della ridondanza si manifesta in un gran numero di individui che differiscono per la resistenza a un particolare fattore di stress.

I sistemi di riparazione funzionano anche a diversi livelli: molecolare, cellulare, organismo, popolazione e biocenotico. I processi riparativi vanno con il dispendio di energia e sostanze plastiche, quindi la riparazione è possibile solo se viene mantenuto un tasso metabolico sufficiente. Se il metabolismo si ferma, si interrompe anche la riparazione. In condizioni estreme dell'ambiente esterno, la conservazione della respirazione è particolarmente importante, poiché è la respirazione che fornisce energia per i processi di riparazione.

La capacità rigenerativa delle cellule di organismi adattati è determinata dalla resistenza delle loro proteine ​​alla denaturazione, vale a dire dalla stabilità dei legami che determinano la struttura secondaria, terziaria e quaternaria della proteina. Ad esempio, la resistenza dei semi maturi alle alte temperature è solitamente associata al fatto che, dopo la disidratazione, le loro proteine ​​diventano resistenti alla denaturazione.

La principale fonte di materiale energetico come substrato per la respirazione è la fotosintesi, pertanto l'approvvigionamento energetico della cellula e i relativi processi di riparazione dipendono dalla stabilità e dalla capacità dell'apparato fotosintetico di riprendersi dai danni. Per mantenere la fotosintesi in condizioni estreme nelle piante, viene attivata la sintesi dei componenti della membrana tilacoide, viene inibita l'ossidazione dei lipidi e viene ripristinata l'ultrastruttura plastidica.

A livello organismico, un esempio di rigenerazione è lo sviluppo di germogli sostitutivi, il risveglio di gemme dormienti quando i punti di crescita sono danneggiati.

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Nelle piante superiori, l'acqua viene assorbita dal suolo dall'apparato radicale, trasportata insieme alle sostanze disciolte ai singoli organi e cellule ed espulsa da traspirazione. Nel metabolismo dell'acqua nelle piante superiori circa il 5% dell'acqua viene utilizzato durante la fotosintesi, il resto va a compensare l'evaporazione e mantenere la pressione osmotica.

L'acqua proveniente dal terreno alle piante evapora quasi completamente attraverso la superficie delle foglie. Questo fenomeno è chiamato traspirazione. traspirazione - un fenomeno unico negli ecosistemi terrestri, che svolge un ruolo importante nell'energia degli ecosistemi. La crescita delle piante dipende fortemente dalla traspirazione. Se l'umidità dell'aria è troppo alta, come, ad esempio, in una foresta tropicale dove l'umidità relativa si avvicina al 100%, gli alberi stordiscono. In queste foreste la maggior parte della vegetazione è rappresentata da epifite, apparentemente per mancanza di “spinta traspirazione”.

Il rapporto tra la crescita delle piante (produzione netta) e la quantità di acqua traspirata è chiamato efficienza di traspirazione. Si esprime in grammi di sostanza secca per 1000 g di acqua traspirata. Per la maggior parte dei tipi di colture agricole e specie di piante selvatiche, l'efficienza di traspirazione è uguale o inferiore a 2. Nelle piante resistenti alla siccità (sorgo, miglio) è 4. Nella vegetazione desertica non è molto superiore, poiché il loro adattamento è non espresso in una diminuzione della traspirazione, ma nella capacità di smettere di crescere in assenza di acqua. Nella stagione secca, queste piante perdono le foglie o, come i cactus, si avvicinano giorno stomi.

Le piante dal clima secco si adattano ai cambiamenti morfologici, alla riduzione degli organi vegetativi, in particolare delle foglie.

Adattamenti animali

Gli animali perdono l'umidità con l'evaporazione, nonché con l'escrezione dei prodotti finali del metabolismo. La perdita d'acqua negli animali è compensata dalla sua assunzione con cibi e bevande. (n ad esempio la maggior parte degli anfibi, alcuni insetti e acari). La maggior parte degli animali del deserto non beve mai, soddisfa i propri bisogni con l'acqua del cibo. Altri lo assorbono attraverso il tegumento del corpo allo stato liquido o vapore..

In condizioni sfavorevoli, gli animali spesso regolano da soli il loro comportamento in modo da evitare la mancanza di umidità: si spostano in luoghi protetti dall'essiccamento e conducono uno stile di vita notturno. Molti animali non lasciano habitat impregnati d'acqua. Altri animali prendono l'acqua nel processo di ossidazione dei grassi. Ad esempio, un cammello e insetti: tonchio di riso e fienile e altri.

Classificazione degli organismi in relazione all'umidità ambientale

Gli idatofiti sono piante acquatiche.

Le idrofite sono piante acquatiche terrestri.

Le igrofite sono piante terrestri che vivono in condizioni di elevata umidità.

I mesofiti sono piante che crescono in condizioni di umidità moderata.

Le xerofite sono piante che crescono con un'umidità insufficiente. Essi, a loro volta, si dividono in:

Le piante grasse sono piante succulente (cactus).

Le sclerofite sono piante con foglie strette e piccole e piegate in tubuli.

Precipitazione, strettamente correlati all'umidità dell'aria, sono il risultato della condensazione e cristallizzazione del vapore acqueo negli strati alti dell'atmosfera. Nello strato superficiale dell'aria si formano rugiada e nebbie e a basse temperature si osserva la cristallizzazione dell'umidità - cade il gelo.

Una delle principali funzioni fisiologiche di qualsiasi organismo è quella di mantenere un adeguato livello di acqua nel corpo. Nel processo di evoluzione, gli organismi hanno sviluppato vari adattamenti per ottenere e un uso economico dell'acqua, nonché per vivere un periodo di siccità. Alcuni animali del deserto ottengono l'acqua dal cibo, altri attraverso l'ossidazione dei grassi immagazzinati tempestivamente (ad esempio un cammello, in grado di ottenere 107 g di acqua metabolica da 100 g di grasso per ossidazione biologica); allo stesso tempo, hanno una permeabilità all'acqua minima del tegumento esterno del corpo, uno stile di vita prevalentemente notturno, ecc. Con l'aridità periodica, è caratteristica una caduta in uno stato di riposo con un tasso metabolico minimo. Le piante terrestri ottengono l'acqua principalmente dal suolo. Scarse precipitazioni, drenaggio rapido, evaporazione intensa o una combinazione di questi fattori portano all'essiccamento e l'umidità in eccesso porta a ristagni idrici e ristagni idrici del suolo.

Il bilancio idrico dipende dalla differenza tra la quantità di precipitazioni e la quantità di acqua evaporata dalle superfici delle piante e dal suolo, nonché dalla traspirazione.

4. Influenza della concentrazione di elementi biogenici, salinità, pH, composizione gassosa dell'ambiente, correnti e vento, gravità, campi elettromagnetici sugli organismi.

Elementi biogenici elementi chimici che sono costantemente inclusi nella composizione degli organismi e hanno un certo significato biologico. Innanzitutto è ossigeno (che costituisce il 70% della massa degli organismi), carbonio (18%), idrogeno (10%), calcio, azoto, potassio, fosforo, magnesio, zolfo, cloro, sodio e ferro. Questi elementi fanno parte di tutti gli organismi viventi, costituiscono la loro massa e svolgono un ruolo importante nei processi della vita.

Molti elementi sono di grande importanza solo per alcuni gruppi di esseri viventi (ad esempio il boro è necessario per le piante, il vanadio per le ascidie, ecc.). Il contenuto di determinati elementi negli organismi dipende non solo dalle loro caratteristiche di specie, ma anche dalla composizione dell'ambiente, dal cibo (in particolare, per le piante - dalla concentrazione e solubilità di alcuni sali del suolo), dalle caratteristiche ecologiche dell'organismo e da altri fattori. Gli elementi che sono costantemente contenuti negli organismi mammiferi possono essere suddivisi in 3 gruppi in base alla loro conoscenza e significato: elementi che fanno parte di composti biologicamente attivi (enzimi, ormoni, vitamine, pigmenti), sono indispensabili; elementi il ​​cui ruolo fisiologico e biochimico è poco compreso o sconosciuto.

Salinità

Lo scambio d'acqua è strettamente connesso allo scambio di sale. È di particolare importanza per gli organismi acquatici ( idrobionti).

Tutti gli organismi acquatici sono caratterizzati dalla presenza di coperture corporee permeabili all'acqua, quindi la differenza di concentrazione di sali e sali disciolti nell'acqua, che determinano la pressione osmotica nelle cellule del corpo, la corrente. crea un osmotico È diretto verso una maggiore pressione .

Gli idrobionti che vivono negli ecosistemi marini e d'acqua dolce mostrano differenze significative negli adattamenti alla concentrazione di sali disciolti nell'ambiente acquatico.

Nella maggior parte degli organismi marini, la concentrazione di sale intracellulare è vicina a quella dell'acqua di mare.

Qualsiasi cambiamento nella concentrazione esterna porta ad un cambiamento passivo nella corrente osmotica.

La pressione osmotica intracellulare cambia al variare della concentrazione di sali nell'ambiente acquatico. Tali organismi sono chiamati poichiloosmotico.

Questi includono tutte le piante inferiori (comprese le alghe blu-verdi, i cianobatteri), la maggior parte degli invertebrati marini.

L'intervallo di tolleranza ai cambiamenti nella concentrazione di sale in questi organismi è piccolo; sono comuni, di regola, negli ecosistemi marini con salinità relativamente costante.

Un altro gruppo di organismi acquatici comprende i cosiddetti omoiosmotico.

Sono in grado di regolare attivamente la pressione osmotica e mantenerla ad un certo livello, indipendentemente dalle variazioni della concentrazione di sali nell'acqua, per questo sono anche chiamati osmoregolatori.

Questi includono gamberi di fiume, molluschi, insetti acquatici. La pressione osmotica all'interno delle loro cellule non dipende dalla natura chimica dei sali disciolti nel citoplasma. È dovuto alla quantità totale di particelle disciolte (ioni). Negli osmoregolatori, la regolazione ionica attiva garantisce la relativa costanza dell'ambiente interno, nonché la capacità di estrarre selettivamente i singoli ioni dall'acqua e accumularli nelle cellule del tuo corpo.

I compiti dell'osmoregolazione in acqua dolce sono opposti a quelli in acqua di mare.

In la concentrazione di sale intracellulare degli organismi d'acqua dolce è sempre più alta che nell'ambiente.

La corrente osmotica è sempre diretta all'interno delle cellule e questi tipi lo sono omoiosmotico.

Un meccanismo importante per mantenere la loro omeostasi acqua-sale è il trasferimento attivo di ioni contro il gradiente di concentrazione.

In alcuni animali acquatici, questo processo viene eseguito dalla superficie del corpo, ma il luogo principale per tale trasporto attivo è speciale formazioni - branchie.

In alcuni casi, le formazioni tegumentarie impediscono la penetrazione dell'acqua attraverso la pelle, ad esempio squame, gusci, muco; quindi la rimozione attiva dell'acqua dal corpo avviene con l'aiuto di organi escretori specializzati.

Il metabolismo del sale e dell'acqua nei pesci è un processo più complesso che richiede una considerazione separata. Qui notiamo solo che si verifica secondo il seguente schema:

L'acqua entra nel corpo in modo osmotico attraverso le branchie e la membrana mucosa del tratto gastrointestinale e l'acqua in eccesso viene escreta attraverso i reni. La funzione di filtrazione-riassorbimento dei reni può variare a seconda del rapporto tra le pressioni osmotiche dell'ambiente acquatico e dei fluidi corporei. A causa del trasporto attivo di ioni e della capacità di osmoregolare, molti organismi d'acqua dolce, compresi i pesci , adattato alla vita nell'acqua salmastra e uniforme del mare.

Organismi terrestri hanno, in un modo o nell'altro, formazioni strutturali e funzionali specializzate che forniscono il metabolismo del sale-acqua. Sono note numerose varianti infissi alla composizione salina dell'ambiente e ai suoi cambiamenti negli abitanti della terra. Questi adattamenti diventano decisivi quando l'acqua è il fattore limitante della vita. Ad esempio gli anfibi, vivono in biotopi terrestri umidi per le peculiarità del metabolismo del sale marino, che sono simili allo scambio negli animali d'acqua dolce. Apparentemente, questo tipo di adattamento è stato preservato nel corso dell'evoluzione durante il passaggio dall'habitat acquatico a quello terrestre.

Per le piante Nelle zone aride (aride), un alto contenuto di sale nel suolo è di grande importanza in condizioni xerofite.

La tolleranza al sale delle diverse specie vegetali varia in modo significativo. Vivono su terreni salini alofite- piante che tollerano alte concentrazioni di sali.

Accumulano fino al 10% di sali nei tessuti, il che porta ad un aumento della pressione osmotica e contribuisce a un assorbimento più efficiente dell'umidità dai terreni salini.

Alcune piante rimuovono i sali in eccesso attraverso apposite formazioni sulla superficie della foglia, altre hanno la capacità di legare i sali con sostanze organiche.

pH di reazione medio

La distribuzione e il numero di organismi dipende in modo significativo dalla reazione del suolo o dell'ambiente acquatico.

L'inquinamento atmosferico dovuto alla combustione di combustibili fossili (più comunemente anidride solforosa) provoca la deposizione di particelle acidogene secche e precipitazioni, che è essenzialmente un acido solforoso debole. La ricaduta di tale "pioggia acida" provoca l'acidificazione di vari oggetti ambientali. Ora il problema della "pioggia acida" è diventato globale.

L'effetto dell'acidificazione è ridotto al seguente:

Una diminuzione del pH al di sotto di 3, così come un aumento al di sopra di 9, provoca danni al protoplasma della radice della maggior parte delle piante vascolari.

Il cambiamento del pH del suolo provoca il deterioramento delle condizioni nutrizionali : la disponibilità di elementi biogenici per le piante diminuisce.

Una diminuzione del pH a 4,0 - 4,5 nel suolo o nei sedimenti di fondo negli ecosistemi acquatici provoca la decomposizione delle rocce argillose (alluminosilicati), a seguito della quale l'ambiente diventa tossico a causa dell'ingresso di ioni alluminio (Al) nell'acqua.

Ferro e manganese, necessari per la normale crescita e sviluppo delle piante, diventano tossici a pH basso a causa del passaggio alla forma ionica.

I limiti di resistenza all'acidificazione del suolo variano da pianta a pianta, ma solo poche piante possono crescere e riprodursi ad un pH inferiore a 4,5.

A valori di pH elevati, cioè con alcalinizzazione, si creano anche condizioni sfavorevoli per la vita delle piante. Nei terreni alcalini, ferro, manganese e fosfati sono presenti sotto forma di composti poco solubili e sono scarsamente disponibili per le piante.

L'acidificazione degli ecosistemi acquatici ha un forte impatto negativo sul biota. L'aumento dell'acidità agisce negativamente in tre direzioni:

violazioni dell'osmoregolazione, attività enzimatica (hanno pH ottimale), scambio gassoso;

effetti tossici degli ioni metallici;

disturbi nelle catene alimentari, cambiamenti nella dieta e nella disponibilità di cibo.

Negli ecosistemi d'acqua dolce, il calcio gioca un ruolo decisivo nella reazione dell'ambiente che, insieme all'anidride carbonica, determina lo stato del sistema carbonatico dei corpi idrici.

La presenza di ioni calcio è importante anche per il comportamento di altri componenti, come il ferro.

L'ingresso del calcio nell'acqua è associato al carbonio inorganico delle rocce carbonatiche, da cui viene lisciviato.

Composizione del gas dell'habitat

Per molti tipi di organismi, sia batteri che animali e piante superiori, la concentrazione di ossigeno e anidride carbonica, che sono rispettivamente del 21% e dello 0,03% in volume nell'aria atmosferica, sono fattori limitanti.

Allo stesso tempo, negli ecosistemi terrestri, la composizione dell'ambiente interno dell'aria - aria atmosferica - è relativamente costante. .

Negli ecosistemi acquatici, la quantità e la composizione dei gas disciolti nell'acqua varia notevolmente.

OSSIGENO

Nei corpi idrici - laghi e bacini ricchi di materia organica - l'ossigeno diventa un fattore limitante i processi di ossidazione, e quindi assume un'importanza fondamentale.

L'acqua contiene molto meno ossigeno dell'aria atmosferica e le variazioni del suo contenuto sono associate a fluttuazioni significative della temperatura e dei sali disciolti.

La solubilità dell'ossigeno nell'acqua aumenta al diminuire della temperatura e diminuisce all'aumentare della salinità. .

La quantità totale di ossigeno nell'acqua proviene da due fonti:

dall'aria atmosferica (per diffusione)

dalle piante (come prodotto della fotosintesi).

Il processo fisico di diffusione dall'aria è lento e dipende dal movimento del vento e dell'acqua.

L'apporto di ossigeno durante la fotosintesi è determinato dall'intensità del processo di diffusione, che dipende principalmente dall'illuminazione e dalla temperatura dell'acqua.

Per questi motivi, la quantità di ossigeno disciolto nell'acqua varia notevolmente durante il giorno, nelle diverse stagioni, e differisce anche nelle diverse condizioni fisiografiche e climatiche.

DIOSSIDO DI CARBONIO

L'anidride carbonica non è importante negli ecosistemi acquatici quanto l'ossigeno.

La sua solubilità in acqua è elevata.

Si forma a seguito della respirazione di organismi viventi, della decomposizione di resti morti di animali e piante.

L'acido carbonico formato nell'acqua reagisce con i calcari, formando carbonati e bicarbonati.

Il sistema carbonatico degli oceani funge da serbatoio principale di anidride carbonica nella biosfera e da tampone che mantiene la concentrazione di ioni idrogeno a un livello vicino al neutro.

In generale, per tutti gli esseri viventi, ossigeno e anidride carbonica sono senza dubbio i fattori limitanti dell'esistenza. Gli intervalli di valori di questi fattori che si sono sviluppati nel corso dell'evoluzione sono piuttosto ristretti.

Le concentrazioni di ossigeno richieste per la respirazione sono abbastanza costanti e sono state fissate nel corso dell'evoluzione.

L'omeostasi è assicurata dalla costanza dei parametri dell'ambiente interno degli organismi; il contenuto di ossigeno e anidride carbonica in vari tessuti e organi viene mantenuto a un livello relativamente costante.

Il sistema carbonatico dei fluidi corporei funge da buon tampone per l'omeostasi.

flusso, vento

correnti d'acqua:

Globale (marino) e locale.

Globale:

Partecipa alla distribuzione degli organismi.

Determinare le condizioni climatiche di molte regioni del pianeta (corrente del golfo)

Locale:

Influiscono sulla composizione del gas del mezzo (acqua) (la concentrazione di ossigeno aumenta).

L'aumento del flusso nei corpi idrici crea un aumento della produttività della comunità. L'acqua calma crea condizioni stressanti, mentre l'acqua corrente crea un'ulteriore fonte di energia che aumenta la produttività.

Contribuiscono all'emergere di un complesso di adattamenti morfologici che si oppongono al flusso (?).

Correnti d'aria (venti):

Il vento è un fattore limitante che limita la diffusione di molti animali (insetti).

Svolge un ruolo importante nella migrazione degli insetti. Le correnti d'aria ascendenti raccolgono piccoli insetti per 1-2 km, quindi il vento li trasporta su grandi distanze.

Più forte è il vento, più la direzione della migrazione coincide con la direzione del vento (falene, afidi e moscerini alle Svalbard).

Il vento influisce sulla distribuzione degli insetti sul biotopo (radure, bordi, dietro i cespugli, dietro gli alberi, il vento è più debole).

Determina la possibilità di volo e l'attività della maggior parte degli animali volanti (insetti, uccelli). Attività di attacco dei Ditteri succhiasangue.

Influisce sulla distribuzione di sostanze utilizzate dagli animali come stimolanti del comportamento sessuale (soprattutto i feromoni negli insetti). L'odore di una femmina, ecc.

Limita la crescita delle piante (piante nane nella tundra o nei prati alpini). Ma anche la temperatura ha un effetto.

Determina le caratteristiche del comportamento migratorio e trofico degli uccelli (volo in volo, migrazione di piccoli uccelli).

Gravità

La gravità influenza la formazione e la fisiologia dei grandi animali (biomeccanica). Uno dei fattori determinanti per l'esistenza della vita sulla terra.

La gravità può servire come fattore segnale negli insetti, come indicatore della direzione nello spazio aperto. ( geotropismo negativo). Sforzare lo stelo (contro il gradiente di gravità - questo è il desiderio di luce, calore, libertà (soprattutto per il volo). Esperimenti con locuste affamate in gabbie dove il cibo è sul fondo (sono affondate per il cibo solo dopo poche ore) .

Geotropismo positivo osservato negli animali del suolo (esperimenti di Gilyarov con insetti in terreno asciutto e umido in gabbie. Sebbene il terreno fosse asciutto, strisciarono comunque e morirono lì).

Il geotropismo può cambiare stagionalmente a seconda dell'habitat e delle condizioni di svernamento (gli insetti sottocrostali ora si abbassano, poi si alzano).

CAMPI ELETTROMAGNETICI DELLA TERRA

1. Molti coleotteri terrestri utilizzano il campo magnetico terrestre per navigare e navigare di notte.

2. Molti si orientano e si muovono ad angolo o parallelamente alle linee geomagnetiche, usandole nell'orientamento (api, coleotteri della farina, Maybugs.

3. In condizioni normali, i punti di riferimento visivi e di altro tipo, e in loro assenza, si attivano meccanismi di orientamento magnetico.

5. Il concetto di fattori limitanti. "Legge di J. Liebig". La legge della tolleranza. Dipendenza del metabolismo generale e sua intensità dal peso corporeo. Regola di Allen, Bergman, Gloger. Classificazione delle risorse. nicchia ecologica. Proprietà di nicchia.

Negli oceani, ad esempio, lo sviluppo della vita è limitato principalmente dalla mancanza di azoto e fosforo. Pertanto, l'eventuale risalita in superficie di acque di fondo arricchite con questi elementi minerali ha un effetto benefico sullo sviluppo della vita. Ciò è particolarmente pronunciato nelle regioni tropicali e subtropicali.

Legge del minimo di J. Liebig

Un organismo vivente in condizioni naturali è contemporaneamente esposto all'influenza non di uno, ma di molti fattori ambientali. Inoltre, qualsiasi fattore è richiesto dall'organismo in determinate quantità/dosi. Liebig ha stabilito che lo sviluppo di una pianta o il suo stato non dipendono da quegli elementi chimici che sono presenti nel terreno in quantità sufficiente, ma da quelli che non sono sufficienti. Se un

di tutti, almeno uno dei nutrienti nel terreno è inferiore a quello richiesto da queste piante, quindi si svilupperà in modo anomalo, lento o presenterà deviazioni patologiche.

La legge del minimo di J. LIBICH è un concetto secondo il quale l'esistenza e la durata di un organismo è determinata dall'anello più debole nella catena dei suoi bisogni ecologici.

Secondo la legge del minimo, le possibilità vitali degli organismi sono limitate da quei fattori ambientali la cui quantità e qualità sono vicine al minimo richiesto dall'organismo o dall'ecosistema.

Legge di tolleranza di Shelford- la legge secondo la quale l'esistenza di una specie è determinata da fattori limitanti che non sono solo minimi, ma anche massimi.

La legge della tolleranza estende la legge del minimo di Liebig.

Formulazione

"Il fattore limitante per la prosperità di un organismo può essere sia un minimo che un massimo di influenza ambientale, il cui intervallo determina il grado di resistenza (tolleranza) dell'organismo a questo fattore".

Qualsiasi fattore in eccesso o carenza limita la crescita e lo sviluppo di organismi e popolazioni.

La legge di tolleranza è stata integrata nel 1975 da Y. Odum.

Gli organismi possono avere un'ampia gamma di tolleranza per un fattore e una gamma ristretta per un altro.

Gli organismi con un'ampia gamma di tolleranza per tutti i fattori ambientali sono generalmente i più comuni.

Se le condizioni per un fattore ambientale non sono ottimali per la specie, l'intervallo di tolleranza può restringersi rispetto ad altri fattori ambientali (ad esempio, se il contenuto di azoto nel suolo è basso, è necessaria più acqua per i cereali)

Gli intervalli di tolleranza ai singoli fattori e alle loro combinazioni sono diversi.

Il periodo di riproduzione è critico per tutti gli organismi, quindi è durante questo periodo che aumenta il numero dei fattori limitanti.

Dipendenza del metabolismo generale e sua intensità dal peso corporeo

Regola di Allen - in ecologia - la legge secondo la quale le parti sporgenti del corpo degli animali a sangue caldo nei climi freddi sono più corte che in quelli caldi, quindi emettono meno calore all'ambiente. In parte, la regola di Allen vale anche per i germogli delle piante superiori.

La regola di Bergman- in ecologia - la legge secondo la quale negli animali a sangue caldo soggetti a variabilità geografica, la taglia corporea degli individui è statisticamente maggiore nelle popolazioni che vivono nelle parti più fredde dell'areale della specie.

La regola di Gloger - in ecologia - la legge secondo la quale razze geografiche gli animali nelle regioni calde e umide sono più pigmentati rispetto alle regioni fredde e secche. La regola di Gloger è di grande importanza nella tassonomia degli animali.

Risorse - componenti espressi quantitativamente della sua attività di vita. Tutto ciò che il corpo consuma. Le risorse possono essere di natura organica e inorganica (viventi e non viventi). Disponibile e non disponibile. Tana, hollow, femmina: anche queste sono tutte risorse. Allo stesso tempo, lo stock disponibile di tutto ciò che viene utilizzato dall'organismo e ciò che lo circonda è in continua evoluzione in termini quantitativi e qualitativi. Tutto questo sarà una risorsa.

Risorse- le sostanze di cui sono composti i corpi, l'energia utilizzata nei processi, i luoghi in cui si svolgono le loro fasi vitali. Ci sono risorse cibo, ci sono energia, spaziale.

Classificazione delle risorse (secondo Tilman -Tilman, 1982):

1. Risorse essenziali

Nessuno dei due può sostituire l'altro. Il tasso di crescita che può essere raggiunto con la fornitura della risorsa 1 è fortemente limitato dalla quantità di risorsa 2. Oligofagi.

(-1, +1, 0 – tasso di crescita della biomassa)

2. Risorse intercambiabili. Ognuno di essi può essere completamente sostituito da un altro. Polifagi. Ad ogni tasso di crescita, la quantità di qualsiasi risorsa è sempre necessaria. Quando uno diminuisce, è necessario più dell'altro e viceversa.

3. Complementare (complementare) Con il consumo congiunto di queste risorse da parte dell'organismo, sono richieste meno che con un consumo separato (per ottenere lo stesso tasso di crescita).

4. Antagonistico. Con il consumo congiunto, il tasso di crescita è inferiore rispetto al consumo separato di risorse. Le piante velenose sono cibo per gli erbivori.

5. Inibente. Queste sono risorse insostituibili, ma ad alte concentrazioni sono antagoniste

Compito 1. Adattamento delle piante alla dispersione dei semi

Stabilisci come le piante si sono adattate alla dispersione dei semi attraverso insetti, uccelli, mammiferi e esseri umani. Riempi il tavolo.

Adattamenti vegetali per la dispersione dei semi

№ p/p	specie vegetali	Insetti	Uccelli	Mammifero nutriente	Uomo
	culturale
	sentito
	tripartito
	non ti scordar di mé
	Bardana ordinario

Quali proprietà hanno i semi delle piante elencate nella tabella che contribuiscono alla diffusione dei semi con i metodi che hai trovato? Fornisci esempi specifici.

L'interazione di due popolazioni può essere teoricamente rappresentata come combinazioni accoppiate dei simboli "+", "-", "0", dove "+" denota un beneficio per la popolazione, "-" - il deterioramento della popolazione, cioè , danno e "0" - l'assenza di cambiamenti significativi nell'interazione. Usando il simbolismo proposto, definisci i tipi di interazione, fornisci esempi di relazioni e crea una tabella sul tuo quaderno.

Relazioni biotiche

relazioni	Designazione simbolica	Definizione relazioni	Esempi relazioni di questo tipo

1. Utilizzando il materiale didattico distribuito, costituisce la rete alimentare dell'ecosistema lacustre.

2. In quali condizioni il lago non cambierà per molto tempo?

3. Quali azioni delle persone possono portare alla rapida distruzione dell'ecosistema lacustre?

Compito individuale per il modulo "Dall'ecologia degli organismi all'ecologia degli ecosistemi" Opzione 6

Compito 1. Adattamento degli organismi viventi a condizioni di vita estreme

Molti organismi durante la loro vita subiscono periodicamente l'influenza di fattori molto diversi dall'optimum. Devono sopportare il caldo estremo, le gelate, la siccità estiva, il prosciugamento dei corpi idrici e la mancanza di cibo. Come si adattano a condizioni così estreme, quando la vita normale è molto difficile? Fornire esempi delle principali modalità di adattamento al trasferimento di condizioni di vita avverse

Compito 2. Relazioni biotiche.

Determinare dai grafici a quali conseguenze può portare la relazione tra due specie di organismi strettamente imparentate che vivono nella stessa nicchia ecologica? Come si chiama questa relazione? Spiega la risposta.

Fig.11. La crescita del numero di due tipi di scarpe ciliate (1 - pantofola dalla coda, 2 - pantofola dorata):

A - se coltivato in colture pure con una grande quantità di cibo (batteri); B - in cultura mista, con la stessa quantità di cibo

Compito 3. Ecosistemi naturali degli Urali meridionali

1. Costituire la rete alimentare di un ecosistema fluviale.

2. In quali condizioni il fiume non cambierà per molto tempo?

3. Quali azioni delle persone possono portare alla rapida distruzione dell'ecosistema fluviale?

4. Descrivere la struttura trofica dell'ecosistema utilizzando le piramidi ecologiche dell'abbondanza, della biomassa e dell'energia.

(secondo N. Green et al., 1993)

Adattamento	Esempi
Ridurre la perdita d'acqua
Le foglie si trasformano in aghi o spine Stomi sommersi Foglie arrotolate in un cilindro Spessa cuticola cerosa Stelo spesso con ottimo atteggiamento volume in superficie Foglie pelose Perdita di foglie durante la siccità Stomi aperti di notte e chiusi di giorno Fissazione efficiente della CO2 di notte quando gli stomi non sono completamente aperti Escrezione di azoto sotto forma di acido urico Ansa allungata di Henle nei reni I tessuti sono tolleranti delle alte temperature dovute alla ridotta sudorazione o traspirazione Gli animali si nascondono nelle tane Fori respiratori ricoperti da valvole	Cactaceae, Euphorbiaceae (euforbia), conifere Pinus, Ammophila Ammophila Foglie della maggior parte delle xerofite, insetti Cactaceae, Euphorbiaceae ("succulente") Molte piante alpine Fouguieria splendens Crassulaceae Piante C-4, ad esempio Zea mays Insetti, uccelli e alcuni rettili Mammiferi del deserto, ad esempio cammello, ratto del deserto Molte piante del deserto, cammello Molti piccoli mammiferi del deserto, come il topo del deserto Molti insetti
Aumenta l'assorbimento d'acqua
Ampio apparato radicale poco profondo e radici profonde che penetrano Radici lunghe Scavo di passaggi per l'acqua	Alcune Cactaceae come Opuntia ed Euphorbiaceae Molte piante alpine come la stella alpina (Leontopodium alpinum) Termiti
Deposito d'acqua
Nelle cellule mucose e nelle pareti cellulari Nella vescica specializzata Sotto forma di grasso (l'acqua è un prodotto dell'ossidazione)	Cactaceae ed Euphorbiaceae Rana del deserto Ratto del deserto
Resistenza fisiologica alla perdita d'acqua
La disidratazione visibile rimane praticabile Perdita di una parte significativa del peso corporeo e rapido recupero con l'acqua disponibile	Alcune felci epifite e muschi, molte briofite e licheni, carice Carex physoides Lumbricus terrestris (perde fino al 70% della massa), cammello (perde fino al 30%)

La fine del tavolo 4.9

Azione combinata della temperatura

E l'umidità

La considerazione dei singoli fattori ambientali non è l'obiettivo finale della ricerca ecologica, ma un modo per affrontare complessi problemi ambientali, dare una valutazione comparativa dell'importanza di vari fattori che agiscono insieme negli ecosistemi reali.

Temperatura e umidità sono i principali fattori climatici e sono strettamente correlati (Fig. 4.19).

Riso. 4.19. Effetto della temperatura sull'umidità relativa

aria (secondo B. Nebel, 1993)

Con una quantità costante di acqua nell'aria, l'umidità relativa aumenta al diminuire della temperatura. Se l'aria viene raffreddata al di sotto del suo punto di saturazione dell'acqua (100%), si verifica condensa e precipitazioni. Quando riscaldato, la sua umidità relativa diminuisce. La combinazione di temperatura e umidità gioca spesso un ruolo decisivo nella distribuzione della vegetazione e degli animali. L'interazione di temperatura e umidità dipende non solo dal relativo, ma anche dal loro valore assoluto. Ad esempio, la temperatura ha un effetto più pronunciato sugli organismi in condizioni di umidità prossime a critiche, cioè se l'umidità è molto alta o molto bassa. Anche l'umidità gioca un ruolo più critico a temperature prossime agli estremi. Pertanto, le stesse specie di organismi in diverse aree geografiche preferiscono habitat diversi. Sì, per pre-regola, stabilito da V. V. Alekhin (1951) per la vegetazione, specie diffuse a sud crescono sui versanti settentrionali, a nord si trovano solo su quelli meridionali (Fig. 4.20).

Riso. 4.20. Schema della regola di anticipazione (secondo V.V. Alekhin, 1951):

1 - specie settentrionali che vivono sull'altopiano, a sud passando alle pendici dell'esposizione settentrionale e nelle travi; 2 - specie meridionale, rinvenuta al nord sui pendii più caldi dell'esposizione meridionale

Principi rivelati per gli animali cambiamento dell'habitat(G. Ya. Bei-Bienko, 1961) e il principio cambi di livello(M. S. Gilyarov, 1970), dove le specie mesofile sono al centro dell'areale, a nord scelgono luoghi più asciutti e a sud - luoghi più umidi o passano da uno stile di vita terrestre a uno sotterraneo, come molti insetti fitofagi. Più debole è l'influenza del clima negli habitat specifici che una specie sceglie, maggiore è la sua capacità di vivere in diverse condizioni climatiche. La specie sceglie la combinazione di fattori più appropriati alla sua valenza ecologica modificando il suo habitat, superando così i confini climatici.

La relazione tra temperatura e umidità si riflette bene nei diagrammi climatici compilati secondo il metodo Walther-Gossen, su cui, su una certa scala, si confronta l'andamento annuale della temperatura dell'aria con l'andamento delle precipitazioni (Fig. 4.21).

Riso. 4.21. Diagramma climatico secondo Walter-Gossen per Odessa

(secondo G. Walter, 1968):

a - altezza sul livello del mare; b - numero di anni di osservazione della temperatura (prima cifra) e delle precipitazioni (seconda cifra); c - temperatura media annuale; d - precipitazione media annua in mm d - minima media giornaliera del mese più freddo; e è il minimo assoluto; w - massimo giornaliero medio del mese più caldo; h - massimo assoluto; e - curva delle temperature medie mensili; k - curva delle precipitazioni medie mensili (rapporto 10°=20 mm); l - lo stesso (rapporto 10°=30 mm); m - periodo di siccità; n - periodo semiarido; o - stagione delle piogge; n - mesi con temperatura media giornaliera minima inferiore a 0°C; p - mesi con temperatura minima assoluta inferiore a 0°C, c - periodo senza gelo. Sull'ascissa - mesi

Si possono costruire diagrammi climatici per i singoli anni, e disponendoli in sequenza e continuamente uno dopo l'altro si ottengono climatogramma. Gli anni estremamente secchi o estremamente freddi sono facilmente tracciabili sui climatogrammi, il che è molto utile per determinare l'idoneità delle combinazioni di temperatura e umidità nelle aree in cui è prevista l'introduzione di piante o selvaggina.

Atmosfera

Come notato in precedenza, il nostro pianeta Terra differisce dagli altri pianeti per la presenza di un guscio d'aria, atmosfera, aria atmosferica. L'aria atmosferica è una miscela di vari gas. Contiene il 78,08% di azoto, il 20,9% di ossigeno, lo 0,93% di argon, lo 0,03% di anidride carbonica, altri gas (elio, metano, neon, xeno, radon, ecc.) circa lo 0,01%.

L'importanza dell'aria atmosferica per gli organismi viventi è enorme e varia. È una fonte di ossigeno per la respirazione e anidride carbonica per la fotosintesi. Protegge gli organismi viventi dalle radiazioni cosmiche dannose, aiuta a preservare il calore sulla Terra.

L'atmosfera è una parte importante dell'ecosfera, con la quale è collegata da cicli biogeochimici, comprese le componenti gassose. Questi sono i cicli di carbonio, azoto, ossigeno e acqua. Anche di grande importanza Proprietà fisiche atmosfera. Pertanto, l'aria fornisce solo una leggera resistenza al movimento e non può fungere da supporto per gli organismi terrestri, che hanno direttamente influenzato la loro struttura. Allo stesso tempo, alcuni gruppi di animali iniziarono a utilizzare il volo come mezzo di trasporto. Va notato in particolare che nell'atmosfera c'è una circolazione costante di masse d'aria, la cui energia è fornita dal Sole (Fig. 4.22).

Riso. 4.22. Schema semplificato di circolazione generale

masse d'aria dell'atmosfera:

1 - aria calda; 2 - aria raffreddata; 3 - zone alta pressione; CE - alisei; SD - venti dominanti da sud-ovest; GH - venti polari da nord-est

Il risultato della circolazione è la ridistribuzione del vapore acqueo, poiché l'atmosfera lo cattura in un luogo (dove l'acqua evapora), lo trasferisce e lo cede in un altro luogo (dove cadono le precipitazioni). Se i gas entrano nell'atmosfera, compresi gli inquinanti, come l'anidride solforosa nelle aree industriali, il sistema di circolazione atmosferica li ridistribuirà e cadranno in altri luoghi, disciolti nell'acqua piovana (Fig. 4.23).

Il vento, interagendo con altri fattori ambientali, può influenzare lo sviluppo della vegetazione, principalmente alberi che crescono in aree aperte. Questo di solito si traduce in una crescita stentata e inchinandosi al vento.

Il vento svolge un ruolo importante nella diffusione di spore, semi, ecc., ampliando le possibilità di diffusione di organismi immobili: piante, funghi e alcuni batteri. Il vento può anche influenzare la migrazione degli animali volanti.

Riso. 4.23. Ciclo idrologico e stoccaggio dell'acqua

(secondo EA Kriksunov et al., 1995)

Un'altra caratteristica dell'atmosfera è la sua pressione, che diminuisce con l'altitudine. L'evoluzione degli organismi viventi sul nostro pianeta è avvenuta ad una pressione atmosferica di 760 mm Hg al livello del mare, ed è considerata "normale". Con un aumento dell'altezza, ad esempio, quando le persone scalano le montagne, può verificarsi una condizione dovuta all'insufficiente saturazione di ossigeno nel sangue. ipossia o anossia. Sorge dal fatto che con l'aumentare dell'altitudine sul livello del mare, la pressione parziale dell'ossigeno, così come altri gas contenuti nell'aria atmosferica, diminuisce. Ad un'altitudine di 5450 m, la pressione atmosferica è la metà di quella al livello del mare. E sebbene l'aria contenga la stessa percentuale di ossigeno qui, la sua concentrazione per unità di volume è la metà di quella.

Nelle piante in queste condizioni aumenta la traspirazione, che ha richiesto lo sviluppo di adattamenti per conservare l'acqua, come, ad esempio, in molte piante alpine.

Topografia

Topografia(rilievo) si riferisce a fattori orografici ed è strettamente correlato ad altri fattori abiotici, sebbene non appartengano a fattori ambientali diretti come luce, calore, acqua e suolo. Il principale fattore topografico (orografico) è l'altezza. Con l'altitudine, le temperature medie diminuiscono, la differenza di temperatura giornaliera aumenta, la quantità di precipitazioni, la velocità del vento e l'intensità della radiazione aumentano, la pressione atmosferica e la concentrazione di gas diminuiscono. Pertanto, un aumento del livello del terreno ogni 100 m è accompagnato da una diminuzione della temperatura dell'aria di circa 0,6 ° C.

A seconda delle dimensioni delle forme, la topografia o il rilievo è suddiviso in più ordini: macrorilievo(montagne, depressioni intermontane, pianure), mesorilievo(colline, burroni, crinali, doline, "piattini" della steppa, ecc.) e microrilievo(piccole depressioni, irregolarità, elevazioni vicino al fusto, ecc.), tutto ciò ha effetto su piante e animali. Di conseguenza, la zonizzazione verticale è diventata un luogo comune (Figura 4.24).

Riso. 4.24. Diagramma che mostra la corrispondenza tra successive

zone di vegetazione verticale e orizzontale:

1 - tropicale, zona (zona della foresta tropicale); 2 - zona temperata (zona di latifoglie e boschi di conifere); 3 - zona alpina (zona di vegetazione erbacea, muschi e licheni); 4 - zona polare (zona di neve e ghiaccio)

Le catene montuose possono fungere da barriere climatiche. L'aria umida si raffredda mentre sale sulle montagne, causando precipitazioni un largo numero precipitazioni sui pendii sopravvento.

Sul lato sottovento della catena montuosa si forma la cosiddetta "ombra della pioggia", qui l'aria è più secca, cadono meno precipitazioni, si creano condizioni desertiche, poiché l'aria, scendendo, si riscalda e assorbe l'umidità dal suolo.

Colpisce gli organismi viventi. Per la maggior parte dei vertebrati, il limite superiore della vita è di circa 6,0 km. Una diminuzione della pressione con l'altezza comporta una diminuzione dell'apporto di ossigeno e la disidratazione degli animali a causa dell'aumento della frequenza respiratoria. Un po' più resistenti sono gli artropodi (collemboli, acari, ragni) che si trovano sui ghiacciai al di sopra del confine della vegetazione. Le piante alpine sono caratterizzate da una crescita tozza. In tutte le regioni di alta montagna del globo predominano arbusti e arbusti striscianti a bassa crescita (Fig. 4.25), erbe perenni a cuscino e rosetta, graminacee e carici, muschi e licheni.

Riso. 4.25. Juniper Turkestan - sulle pendici della cresta

Terekei-Alatau (secondo I. G. Serebryakov, 1955):

A - forma arborea (fascia prato-bosco, 2900 m slm); B - elfo (cintura subalpina, 3200 m slm)

Una caratteristica morfologica di molte piante tozze alpine, come arbusti e arbusti nani, è una significativa predominanza della massa sotterranea rispetto a quella fuori terra.

La bassa statura delle piante alpine è associata all'adattamento alle basse temperature e all'effetto modellante delle radiazioni, ricche nella parte dello spettro a onde corte, che inibiscono i processi di crescita. Nella struttura anatomica delle piante alpine, ci sono una serie di caratteristiche che contribuiscono alla protezione dalle radiazioni in eccesso, sono associate alla natura del regime idrico e al metabolismo negli altopiani: ispessimento dei tessuti tegumentari che conferiscono resistenza ai forti venti, ecc. Le piante che vivono sulle rocce subiscono cambiamenti verso la xeromorfosi: le dimensioni delle cellule diminuiscono e la densità dei tessuti aumenta, il numero di stomi per unità di superficie fogliare aumenta, le loro dimensioni diminuiscono. Nelle specie che vivono vicino sciogliere l'acqua o altre fonti di umidità, le foglie sono più grandi e le caratteristiche xeromorfe sono meno pronunciate.

Le basse temperature e la forte luce favoriscono la formazione di grandi quantità di antociani, da cui i toni profondi e ricchi del colore dei fiori. La combinazione di piccole foglie con una piccola crescita e grandi fiori dai colori vivaci è una caratteristica di molte piante alpine.

Una caratteristica della fisiologia e della biochimica delle piante di alta montagna è un aumento dell'intensità dei processi redox, un aumento dell'attività degli enzimi coinvolti in essi (catalasi, perossidasi, ecc.) E valori ottimali di temperatura inferiori per il loro lavoro che nelle piante di pianura.

La respirazione delle piante alpine è resistente agli effetti avversi; di norma si osserva un aumento della respirazione e, di conseguenza, un aumento dell'energia rilasciata durante la decomposizione di composti complessi. Secondo i concetti moderni, questo è uno dei fondamenti fisiologici dell'adattamento delle piante a condizioni estreme.

Quando si sale in montagna, cambia anche lo sviluppo stagionale delle piante. Quindi, in primavera, scalando le montagne, si può vedere lo sviluppo della stessa specie nella seguente sequenza: nella zona di bassa montagna - fioritura, in media - germogliamento, anche più in alto - l'inizio della stagione di crescita e, infine, solo l'aspetto dopo lo scioglimento della neve. In autunno, quando si sale in montagna, si osserva un inizio accelerato di fenofasi autunnali: colorazione del fogliame, caduta delle foglie e morte delle parti fuori terra. C'è una netta riduzione del periodo di vegetazione nelle piante.

Insieme all'altezza sul livello del mare, l'esposizione e la pendenza dei pendii sono di grande importanza per gli organismi viventi.

Nell'emisfero settentrionale, i pendii montuosi esposti a sud ricevono più luce solare, l'intensità della luce e la temperatura sono qui più elevate rispetto al fondovalle e sui pendii esposti a nord. Nell'emisfero sud la situazione è ribaltata. Ciò ha un effetto sorprendente sia sulla vegetazione naturale che sui terreni utilizzati dall'uomo. Ad esempio, ampie fessure tra le rocce sopra il Danubio nella Serbia orientale, protette dai venti e sperimentando l'effetto idratante del fiume, hanno contribuito alla conservazione di molte specie vegetali rare, relitte ed endemiche, tra cui il "nocciolo dell'orso" - Corylus colonna, Noce- Juglans regia, lilla (forma selvatica) - Syringa vulgaris, ecc.

I pendii ripidi sono caratterizzati da un rapido drenaggio e dall'erosione del suolo. Qui i terreni sono generalmente magri e asciutti, con vegetazione xeromorfa. Con una pendenza superiore a 35 °, non si forma terreno, non c'è vegetazione, si creano detriti da materiale sciolto.

Altri fattori fisici

Altri fattori fisici che circondano gli organismi viventi sulla Terra includono principalmente elettricità atmosferica, fuoco, rumore, campo magnetico terrestre, radiazioni ionizzanti.

elettricità atmosferica agisce sugli organismi viventi attraverso scarichi e ionizzazione dell'aria. Ad esempio, è noto l'effetto distruttivo del fulmine quando colpisce grandi alberi e animali. Ci sono alcuni modelli nella frequenza dei danni da fulmine a varie specie di alberi. Questo è associato sia alla forma della corona che alle proprietà elettricamente conduttive della corteccia, ad esempio alla velocità della sua bagnatura. In base alla frequenza dei fulmini, in primo luogo, l'abete rosso e il pino, poi la betulla e il pioppo tremulo sono danneggiati molto meno frequentemente. I fulmini provocano danni meccanici agli alberi (tronchi spaccati, crepe), perdita di alberi di grandi dimensioni, influendo così sulla struttura del popolamento forestale, provocando spesso incendi. Circa il 21% degli incendi boschivi in ​​Russia si verificano a causa di fulmini, durante i temporali.

Il ruolo delle scariche elettriche atmosferiche sta anche nel fatto che durante un temporale sintetizzano ossidi di azoto dall'azoto atmosferico e dall'ossigeno, che entrano nel terreno con l'acqua piovana e si accumulano in esso da 4 a 10 kg all'anno per 1 ettaro sotto forma di nitrato e acido nitrico.

L'effetto della ionizzazione dell'aria su esseri umani, animali e piante non è stato ancora sufficientemente studiato. Allo stesso tempo, è stata stabilita in modo affidabile una relazione diretta tra il benessere di una persona e la presenza di ioni luminosi nell'aria. Si esprime un'opinione secondo cui la ionizzazione dell'aria serve alla capacità materiale di alcune piante di "prevedere il tempo" (diminuzione della fotosintesi e della respirazione, chiusura degli stomi e cessazione della traspirazione prima di un temporale molto prima dell'autunno pressione atmosferica). L'effetto della debole corrente sugli apparati radicali di alcune piante è stato provato sperimentalmente. Ad esempio, nelle piantine di abete e pino, la fitomassa aumenta del 100-120%. È stato accertato che, mediante l'azione di un campo elettrico diretto, è possibile regolare la velocità di movimento delle sostanze all'interno di un albero e, di conseguenza, la velocità della sua crescita.

Fuoco nella vita di piante e animali - un fattore piuttosto raro, ma molto efficace. Gli incendi, ad esempio, nelle foreste, come notato in precedenza, possono verificarsi sia naturalmente da fulmini sia per colpa dell'uomo, delle sue attività. Pertanto, il fuoco è attribuito sia a fattori ambientali naturali che antropici.

Le gravi conseguenze non sono solo gli incendi boschivi coronati, che coprono l'intero popolamento forestale, ma anche le radici, che distruggono la vegetazione del suolo, il sottobosco, i rami più bassi degli alberi e spesso l'apparato radicale. Gli animali stanno morendo. Oltre ai danni causati direttamente dal fuoco, gli incendi causano il deterioramento del popolamento forestale. La crescita sta diminuendo. Gli alberi indeboliti sono più suscettibili ai funghi, come il marciume del legno, che penetra facilmente attraverso le "ferite da fuoco" e vengono attaccati dai parassiti.

Gli incendi boschivi cambiano notevolmente le condizioni di vita di piante e animali. Durante un incendio nelle foreste di conifere, la temperatura raggiunge gli 800-900 ° C, nel terreno a una profondità di 3,5 cm - fino a 95 ° C, a una profondità di 7 cm - fino a 70 "C. Nelle foreste secche, lettiera e l'humus del suolo si brucia quasi completamente Le particelle minerali dello strato superiore del terreno vengono sinterizzate Si formano grumi o una crosta vetrosa, che è difficile da permeare all'aria, all'acqua e alle radici Il terreno è fortemente compattato A causa della combustione di acidi organici e il rilascio di basi, l'acidità del terreno diminuisce drasticamente, negli orizzonti superiori il valore del pH raggiunge spesso fortemente alcalino A partire dall'alta temperatura gli strati superiori del terreno vengono sterilizzati - la microflora del suolo muore e negli strati più profondi cambia la sua composizione, i gruppi più importanti per la vita delle piante sono esauriti. Così, nei suoli delle foreste di conifere dopo gli incendi, predomina l'attività dei microrganismi che provocano la fermentazione e la denitrificazione dell'acido butirrico.

Dopo gli incendi boschivi, c'è un forte cambiamento delle condizioni nelle comunità vegetali (fulmini, sbalzi di temperatura e altri fattori microclimatici), soprattutto quando il popolamento forestale viene distrutto, e porta al fatto che in futuro le aree bruciate saranno popolate da specie di organismi viventi con varie caratteristiche adattative che aiutano a sopportare il fuoco e sopravvivere sulle colline. Quindi, nelle piante, si tratta di profonde gemme sotterranee di rinnovamento, la capacità dei semi di rimanere a lungo nel terreno e resistere alta temperatura, resistenza al gelo, elevata resistenza alla luce, ecc.

La rivegetazione nelle aree bruciate ha le sue caratteristiche. I muschi pionieri compaiono sui luoghi bruciati dalle spore portate dal vento; dopo tre o cinque anni, il "muschio di fuoco" - Funaria hygrometrica - è il più abbondante dei muschi. Delle piante superiori, Ivan-chai (Chamaenerion angustifolion) popola rapidamente il fuoco. Il graduale insediamento delle aree bruciate si verifica anche con vegetazione legnosa: salice, betulla, pioppo tremulo, ecc. (Fig. 4.26).

Riso. 4.26. L'effetto del fuoco sulla vegetazione dei "picchetti" degli alberi

Steppa della foresta transurale (secondo D. F. Fedyunin, 1953):

A - prima del fuoco; B - dopo l'incendio; B - un anno dopo l'incendio; 1 - salice; 2 - betulla, 3 - pioppo tremulo

Gli incendi delle steppe ("ustioni") possono essere più o meno regolari, associati alle attività umane, e svolgere un ruolo essenziale nella vita degli organismi viventi, talvolta positivo per la regolazione della crescita, il rinnovamento, la selezione delle specie e il mantenimento di una composizione erbacea costante.

Rumore come fattore ambientale naturale per gli organismi viventi è insignificante, ma può anche avere un impatto significativo con maggiori impatti antropici (rumore generato durante il funzionamento di veicoli, attrezzature di imprese industriali e domestiche, impianti di ventilazione e turbine a gas, ecc.) .

Il valore della pressione sonora viene modificato e normalizzato in decibel. L'intera gamma di suoni udibili dall'uomo è entro 150 dB. Sul nostro pianeta, la vita degli organismi si svolge nel mondo dei suoni. Ad esempio, l'organo uditivo umano è adattato a determinati rumori costanti o ripetitivi (adattamento uditivo). Una persona perde la capacità di lavorare senza i soliti rumori. Il rumore forte è ancora più dannoso per la salute umana. Le persone che vivono e lavorano in condizioni acustiche avverse mostrano segni di cambiamenti nello stato funzionale del sistema nervoso centrale e cardiovascolare.

Gli studi hanno dimostrato l'impatto del rumore sugli organismi vegetali. Pertanto, le piante vicino agli aeroporti, da cui partono continuamente gli aerei a reazione, subiscono un'inibizione della crescita e si nota persino la scomparsa di singole specie. Numerosi lavori scientifici hanno mostrato l'effetto deprimente del rumore (circa 100 dB con una frequenza del suono da 31,5 a 90 mila Hz) sulle piante di tabacco, dove è stata riscontrata una diminuzione dell'intensità della crescita delle foglie, principalmente nelle giovani piante. L'attenzione degli scienziati è anche attratta dall'effetto dei suoni ritmici sulle piante. Gli studi sull'effetto della musica sulle piante (mais, zucca, petunia, zinnia, calendula), condotti nel 1969 dal musicista e cantante americano D. Retolak, hanno dimostrato che le piante rispondevano positivamente alla musica di Bach e alle melodie musicali indiane. Il loro habitus, il peso secco della biomassa erano i più alti rispetto al controllo. E la cosa più sorprendente è che i loro steli si allungano davvero verso la fonte di questi suoni. Allo stesso tempo, le piante verdi rispondevano alla musica rock e ai continui ritmi di batteria con una diminuzione delle dimensioni delle foglie e delle radici, una diminuzione della massa e tutte deviavano dalla sorgente sonora, come se volessero allontanarsi dal distruttivo effetto della musica (Fig. 4.27).

Riso. 4.27. Tipo di piante dopo l'azione di musica diversa:

A - Melodie indiane (R. Shankar); B - musiche di J.-S. Bach; B - musica rock (esperimenti di D. Retolak, 1969)

Le piante, come le persone, reagiscono alla musica come un organismo vivente integrale. I loro sensibili conduttori "nervosi", secondo un certo numero di scienziati, sono fasci di floema, meristema e cellule eccitabili situate in diverse parti della pianta, interconnesse da processi bioelettrici. Probabilmente, questo fatto è uno dei motivi della somiglianza della reazione alla musica nelle piante, negli animali e negli esseri umani.

Il campo magnetico terrestre. Il nostro pianeta Terra ha proprietà magnetiche. L'ago della bussola è sempre orientato lungo il meridiano magnetico, puntando a nord da un'estremità ea sud dall'altra. I magnetologi hanno dimostrato che per creare un campo geomagnetico osservabile al centro della Terra, è necessario posizionare un gigantesco magnete cilindrico con un diametro di 200 km e una lunghezza di 4000 km. L'asse del magnete terrestre si trova ad un angolo di 1,5" rispetto all'asse di rotazione della Terra, quindi i poli magnetici non coincidono con quelli geografici. Nel tempo, i poli magnetici cambiano la loro posizione. È stato stabilito che il polo nord magnetico si sposta sulla superficie della Terra di 20,5 m al giorno, o 7,5 km all'anno, e il Sud - di 30 m (11 km all'anno). Come qualsiasi magnete, le linee di forza magnetiche della Terra escono da un polo e chiudersi attraverso lo spazio vicino alla Terra nell'altro polo. A causa di questo fenomeno, si crea una magnetosfera vicino alla Terra (Fig. 4.28).

Riso. 4.28. Sezioni meridionali della magnetosfera terrestre:

1 - vento solare; 2 - fronte d'urto; 3 - cavità magnetica; 4 - magnetopausa; 5 - limite superiore del gap magnetosferico; 6 - mantello al plasma; 7 - cintura di radiazione esterna; 8 - cintura di radiazione interna o plasmasfera; 9 - strato neutro; 10 - strato di plasma

Ritarda il flusso delle particelle cariche solari, chiamate plasma, o vento solare, impedendo loro di raggiungere la superficie del pianeta. Il vento solare, per così dire, gira intorno alla Terra e si sposta sul lato notturno, trascinando, a sua volta, le linee di forza magnetiche nella stessa direzione. La deformazione delle linee del campo magnetico è dovuta al fatto che i flussi di plasma solare portano con sé, per così dire, un campo magnetico "congelato", che interagisce con la magnetosfera terrestre. Negli ultimi 600 mila anni, i paleomagnetologi hanno registrato 12 epoche di inversione del campo geomagnetico (Tabella 4.10).

Natura adattiva del processo evolutivo. Meccanismi di occorrenza di adattamento, classificazione, natura relativa. Fattibilità biologica

Certificazione dei luoghi di lavoro in base alle condizioni di lavoro. La certificazione dei luoghi di lavoro ¾ è la loro valutazione globale (livelli tecnologici e organizzativi

La diffusione delle piante in tutto il pianeta è un processo che viene costantemente migliorato dalla natura. Tutte le colture vegetali che si trovano sulla Terra hanno i propri metodi di riproduzione, a cui possono partecipare altre piante, animali, fenomeni naturali, ecc.. Particolarmente interessanti sono alcuni metodi di propagazione delle piante mediante frutti e semi. Tali metodi possono sembrare quasi miracolosi anche agli scettici più persistenti. Parliamo delle possibilità della natura in questa materia in modo un po' più dettagliato.

Dopo che i semi oi frutti si sono formati sulla coltura, maturano e si separano dalla pianta madre. I botanici sostengono che più lontano è tale materiale vegetale, meno probabile sarà la concorrenza del genitore. Inoltre, con un'ampia distribuzione, le piante hanno la possibilità di colonizzare nuovi territori e aumentare la dimensione della popolazione.

Distribuzione di frutti e semi di piante

Distribuzione da parte degli animali

Si ritiene che la distribuzione di frutti e semi da parte degli animali sia abbastanza affidabile, poiché diversi animali visitano attivamente aree ad alta fertilità, dove i semi cresceranno bene. Molti frutti hanno spine o ganci speciali che si aggrappano alla pelle o al pelo degli animali che si trovano nelle vicinanze, il che contribuisce al loro trasferimento a una distanza considerevole, dopodiché "prima o poi" cadono nel terreno o verranno strappati, ma comunque cadi dentro di lui.

Vividi esempi di tali piante includono bardana, tenace lettiera, carote, successione, ranuncolo, ghiaia e anche agrimonia.

Quindi il gravilato ha ganci speciali sulla colonna e i frutti di bardana sono circondati da foglie uncinate dell'involucro, hanno anche piccoli peli piuttosto rigidi che possono penetrare nella pelle e provocare irritazioni (questo porta alla pettinatura e alla successiva caduta del frutta). Bedstraw, carote e ranuncoli hanno un pericarpo circondato da escrescenze che sembrano roulotte. E la serie ha una mosca sul frutto, come un dente di leone, ma con punte abbastanza forti.

Questo gruppo di piante può includere anche colture con frutti succosi, ad esempio more, prugne, pomodori, meli e fragole. Dopo essere stati mangiati dagli animali, i semi passano attraverso il tubo digerente e vengono escreti con le feci. Dopo essere caduto su un terreno fertile, tale materiale vegetale germina senza difficoltà.

diffusione del vento

In quelle piante i cui frutti e semi sono portati dal vento, ci sono dispositivi speciali facilitare questo processo. Questi includono volantini, possono essere visti sui semi di salice, fireweed, dente di leone, cotone. Inoltre, un tale dispositivo è caratteristico anche di acero, carpino, frassino, ecc.

In alcune culture, il frutto sembra una scatola, che si trova su una gamba e ondeggia nel vento, il che porta alla dispersione di numerosi piccoli semi. Tali piante sono rappresentate da papavero, nigella, digitale, ecc.

In alcuni rappresentanti della flora, i semi sono così piccoli e leggeri che possono essere trasportati dal vento senza avere dispositivi aggiuntivi per questo. Questo gruppo include orchidee. In tali piante, i semi cadono dopo aver rotto la cucitura tra i carpelli. In questo caso, il materiale di piantagione viene espulso da loro con una spinta sufficientemente forte. Inoltre, alcune piante possono avere dispositivi di trasporto del vento sui loro semi, ad esempio, fireweed.

Spalmato dall'acqua

Poche piante hanno frutti o semi che sono particolarmente adatti alla dispersione acquatica. Tale materiale vegetale contiene piccole cavità d'aria che lo mantengono sulla superficie del serbatoio. Un esempio è una noce di cocco, che è una drupa con una copertura fibrosa e un numero significativo di cavità d'aria. Questo gruppo di piante comprende anche la ninfea, il cui seme ha una membrana spugnosa che proviene dal gambo dell'ovulo.

spread casuali

I botanici non dividono rigorosamente semi e frutti in categorie a seconda del metodo di distribuzione. Molte colture possono essere propagate con alcuni dei metodi di cui sopra, se non tutti. Il fattore più importante di diffusione accidentale è una persona, perché i semi possono essere facilmente trasportati sui vestiti, aggrapparsi a carichi e quindi cadere a una distanza significativa dalla pianta madre. Molti raccolti di grano sono disseminati di semi di erbacce. Inoltre, il materiale vegetale può essere sparso accidentalmente da uragani, inondazioni, ecc.

Maggior parte modi interessanti dispersione dei semi delle piante

Uno degli esempi curiosi di tale distribuzione è il processo di dispersione dei semi. pianta straordinaria cetriolo spruzzando. Il suo frutto ha un aspetto simile a un cetriolo ordinario e, dopo aver raggiunto la piena maturità, i suoi tessuti carnosi che circondano i semi diventano una massa viscida. Dopo che il frutto è stato separato dal gambo, c'è una pressione sul suo contenuto, paragonabile al principio della spinta del getto, per cui i semi sono sparsi su una vasta area. Succede come un colpo di cannone. L'oxalis comune ha anche un metodo simile di dispersione dei semi.

I legumi sono in grado di spingere i semi a una distanza abbastanza grande e l'escholcia getta via da sé l'intero frutto insieme ai semi maturi.

Quindi, ci sono diversi modi per garantire la riproduzione e la diffusione delle piante in tutto il nostro pianeta.