Kehidupan di darat membutuhkan adaptasi yang hanya mungkin terjadi pada organisme hidup yang sangat terorganisir. Lingkungan darat-udara lebih sulit untuk kehidupan, ditandai dengan kandungan oksigen yang tinggi, sejumlah kecil uap air, kepadatan rendah, dll. Ini sangat mengubah kondisi respirasi, pertukaran air dan pergerakan makhluk hidup.

Kepadatan udara yang rendah menentukan gaya angkat yang rendah dan daya dukung yang tidak signifikan. Organisme udara harus memiliki sistem pendukungnya sendiri yang menopang tubuh: tumbuhan - berbagai jaringan mekanis, hewan - kerangka padat atau hidrostatik. Selain itu, semua penghuni lingkungan udara terkait erat dengan permukaan bumi, yang berfungsi untuk melekat dan menopang mereka.

Kepadatan udara yang rendah memberikan resistensi gerakan yang rendah. Oleh karena itu, banyak hewan darat memperoleh kemampuan untuk terbang. 75% dari semua makhluk darat, terutama serangga dan burung, telah beradaptasi dengan penerbangan aktif.

Karena mobilitas udara, aliran massa udara vertikal dan horizontal yang ada di lapisan bawah atmosfer, penerbangan pasif organisme dimungkinkan. Dalam hal ini, banyak spesies telah mengembangkan anemochory - pemukiman kembali dengan bantuan arus udara. Anemochory adalah karakteristik spora, biji dan buah tanaman, kista protozoa, serangga kecil, laba-laba, dll. Organisme yang secara pasif diangkut oleh arus udara secara kolektif disebut aeroplankton.

Organisme terestrial ada dalam kondisi tekanan yang relatif rendah karena kepadatan udara yang rendah. Biasanya, itu sama dengan 760 mm Hg. Ketika ketinggian meningkat, tekanan berkurang. Tekanan rendah dapat membatasi distribusi spesies di pegunungan. Untuk vertebrata, batas atas kehidupan adalah sekitar 60 mm. Penurunan tekanan menyebabkan penurunan suplai oksigen dan dehidrasi hewan karena peningkatan laju pernapasan. Kira-kira sama batas muka di pegunungan memiliki tanaman yang lebih tinggi. Yang lebih kuat adalah artropoda yang dapat ditemukan di gletser di atas garis vegetasi.

Komposisi gas udara. Selain sifat fisik lingkungan udara, sifat kimianya sangat penting bagi keberadaan organisme darat. Komposisi gas udara di lapisan permukaan atmosfer cukup homogen dalam hal kandungan komponen utama (nitrogen - 78,1%, oksigen - 21,0%, argon - 0,9%, karbon dioksida - 0,003% volume).

Kandungan oksigen yang tinggi berkontribusi pada peningkatan metabolisme organisme darat dibandingkan dengan organisme akuatik primer. Di lingkungan terestrial, atas dasar efisiensi tinggi proses oksidatif dalam tubuh, homeotermia hewan muncul. Oksigen, karena kandungannya yang tinggi dan konstan di udara, bukan merupakan faktor pembatas bagi kehidupan di lingkungan terestrial.

Kandungan karbon dioksida dapat bervariasi di area tertentu dari lapisan permukaan udara dalam batas yang cukup signifikan. Peningkatan saturasi udara dengan CO? terjadi di zona aktivitas vulkanik, dekat mata air panas dan outlet bawah tanah lainnya dari gas ini. Dalam konsentrasi tinggi, karbon dioksida beracun. Di alam, konsentrasi seperti itu jarang terjadi. Kandungan CO2 yang rendah menghambat proses fotosintesis. Dalam kondisi dalam ruangan, Anda dapat meningkatkan laju fotosintesis dengan meningkatkan konsentrasi karbon dioksida. Ini digunakan dalam praktik rumah kaca dan rumah kaca.

Nitrogen udara bagi sebagian besar penghuni lingkungan terestrial adalah gas inert, tetapi mikroorganisme individu (bakteri nodul, bakteri nitrogen, ganggang biru-hijau, dll.) memiliki kemampuan untuk mengikatnya dan melibatkannya dalam siklus biologis zat.

Kekurangan kelembaban adalah salah satu fitur penting dari lingkungan tanah-udara kehidupan. Seluruh evolusi organisme terestrial berada di bawah tanda adaptasi terhadap ekstraksi dan konservasi kelembaban. Mode kelembaban lingkungan di darat sangat beragam - dari kejenuhan udara yang lengkap dan konstan dengan uap air di beberapa daerah tropis hingga hampir tidak ada sama sekali di udara kering gurun. Variabilitas harian dan musiman kandungan uap air di atmosfer juga signifikan. Pasokan air organisme terestrial juga tergantung pada mode presipitasi, keberadaan reservoir, cadangan kelembaban tanah, kedekatan air tanah, dan sebagainya.

Ini mengarah pada pengembangan adaptasi organisme darat ke berbagai rezim pasokan air.

Rezim suhu. Ciri pembeda berikutnya dari lingkungan udara-tanah adalah fluktuasi suhu yang signifikan. Di sebagian besar wilayah daratan, amplitudo suhu harian dan tahunan adalah puluhan derajat. Ketahanan terhadap perubahan suhu di lingkungan penghuni terestrial sangat berbeda, tergantung pada habitat tertentu tempat mereka tinggal. Namun, secara umum, organisme terestrial jauh lebih eurythermic daripada organisme akuatik.

Kondisi kehidupan di lingkungan darat-udara rumit, di samping itu, dengan adanya perubahan cuaca. Cuaca - keadaan atmosfer yang terus berubah di dekat permukaan yang dipinjam, hingga ketinggian sekitar 20 km (batas troposfer). Variabilitas cuaca dimanifestasikan dalam variasi konstan dari kombinasi faktor lingkungan seperti suhu, kelembaban udara, kekeruhan, curah hujan, kekuatan dan arah angin, dll. Rezim cuaca jangka panjang mencirikan iklim daerah tersebut. Konsep "Iklim" tidak hanya mencakup nilai rata-rata fenomena meteorologi, tetapi juga perjalanan tahunan dan hariannya, penyimpangannya dan frekuensinya. Iklim ditentukan oleh kondisi geografis daerah tersebut. Faktor iklim utama - suhu dan kelembaban - diukur dengan jumlah curah hujan dan saturasi udara dengan uap air.

Bagi sebagian besar organisme terestrial, terutama yang kecil, iklim daerah tidak begitu penting seperti kondisi habitat langsung mereka. Sangat sering, elemen lingkungan lokal (relief, eksposisi, vegetasi, dll.) Mengubah rezim suhu, kelembaban, cahaya, pergerakan udara di area tertentu sedemikian rupa sehingga berbeda secara signifikan dari kondisi iklim daerah tersebut. Modifikasi iklim seperti itu, yang terbentuk di lapisan permukaan udara, disebut iklim mikro. Di setiap zona, iklim mikro sangat beragam. Iklim mikro daerah yang sangat kecil dapat dibedakan.

Rezim cahaya lingkungan darat-udara juga memiliki beberapa fitur. Intensitas dan jumlah cahaya di sini adalah yang terbesar dan praktis tidak membatasi kehidupan tanaman hijau, seperti di air atau tanah. Di darat, keberadaan spesies yang sangat fotofil adalah mungkin. Untuk sebagian besar hewan darat dengan aktivitas diurnal dan bahkan nokturnal, penglihatan adalah salah satu cara orientasi utama. Pada hewan darat, penglihatan sangat penting untuk menemukan mangsa, dan banyak spesies bahkan memiliki penglihatan warna. Dalam hal ini, para korban mengembangkan fitur adaptif seperti reaksi defensif, penyamaran dan warna peringatan, mimikri, dll. Dalam kehidupan akuatik, adaptasi semacam itu kurang berkembang. Munculnya bunga berwarna cerah dari tanaman tingkat tinggi juga dikaitkan dengan kekhasan alat penyerbuk dan, pada akhirnya, dengan rezim cahaya lingkungan.

Relief medan dan sifat-sifat tanah juga merupakan kondisi kehidupan organisme darat dan, pertama-tama, tanaman. Sifat-sifat permukaan bumi yang memiliki dampak ekologis pada penghuninya disatukan oleh "faktor lingkungan edafis" (dari bahasa Yunani "edafos" - "tanah").

Sehubungan dengan sifat-sifat tanah yang berbeda, sejumlah kelompok ekologi tumbuhan dapat dibedakan. Jadi, menurut reaksi keasaman tanah, mereka membedakan:

1) spesies acidophilic - tumbuh di tanah asam dengan pH minimal 6,7 (tanaman sphagnum bogs);

2) neutrofilik - cenderung tumbuh pada tanah dengan pH 6,7–7,0 (kebanyakan tanaman budidaya);

3) basiphilic - tumbuh pada pH lebih dari 7,0 (mordovnik, anemon hutan);

4) acuh tak acuh - dapat tumbuh di tanah dengan nilai pH yang berbeda (lili lembah).

Tanaman juga berbeda dalam kaitannya dengan kelembaban tanah. Spesies tertentu terbatas pada substrat yang berbeda, misalnya, petrofit tumbuh di tanah berbatu, dan pasmophytes menghuni pasir yang mengalir bebas.

Medan dan sifat tanah memengaruhi kekhasan pergerakan hewan: misalnya, ungulata, burung unta, bustard yang hidup di ruang terbuka, tanah keras, untuk meningkatkan tolakan saat berlari. Pada kadal yang hidup di pasir lepas, jari-jarinya dibatasi oleh sisik bertanduk yang meningkatkan daya dukung. Bagi penduduk terestrial yang menggali lubang, tanah yang padat tidak menguntungkan. Sifat tanah dalam kasus tertentu mempengaruhi distribusi hewan darat yang menggali lubang atau menggali ke dalam tanah, atau bertelur di dalam tanah, dll.



Habitat darat-udara sepanjang evolusi dipelajari jauh lebih lambat daripada habitat akuatik. Ciri khasnya adalah gas, oleh karena itu, kandungan oksigen yang signifikan mendominasi dalam komposisi, serta tekanan rendah, kelembaban dan kepadatan.

Untuk waktu yang lama dari proses evolusi seperti itu, flora dan fauna perlu membentuk perilaku dan fisiologi tertentu, anatomi dan adaptasi lainnya, mereka mampu beradaptasi dengan perubahan di dunia sekitarnya.

Ciri

Lingkungan dicirikan oleh:

• Perubahan konstan dalam suhu dan tingkat kelembaban di udara;
• Perjalanan waktu hari dan musim;
• Intensitas cahaya yang bagus;
• Ketergantungan faktor lokasi teritorial.

Keunikan

Ciri lingkungan adalah tumbuhan dapat berakar di tanah, dan hewan dapat bergerak di udara dan tanah. Semua tanaman memiliki alat stomata, yang dengannya organisme darat di dunia dapat mengambil oksigen langsung dari udara. Kelembaban udara yang rendah dan keberadaan oksigen yang dominan di dalamnya menyebabkan munculnya organ pernapasan pada hewan - trakea dan paru-paru. Struktur kerangka yang berkembang dengan baik memungkinkan gerakan independen di tanah dan memberikan dukungan yang kuat untuk tubuh dan organ, mengingat kepadatan lingkungan yang rendah.

Hewan

Bagian utama spesies hewan hidup di lingkungan darat-udara: burung, hewan, reptil dan serangga.

Adaptasi dan kebugaran (contoh)

Organisme hidup telah mengembangkan adaptasi tertentu terhadap faktor-faktor negatif dari dunia sekitarnya: adaptasi terhadap perubahan suhu dan iklim, struktur tubuh khusus, termoregulasi, serta perubahan dan dinamika siklus hidup. Misalnya, beberapa tanaman, untuk mempertahankan keadaan normalnya selama periode dingin dan kekeringan, mengubah pucuk dan sistem akar. Di akar sayuran - bit dan wortel, di daun bunga - lidah buaya, di umbi tulip dan daun bawang, nutrisi dan kelembaban disimpan.

Untuk menjaga suhu tubuh tidak berubah di musim panas dan musim dingin, hewan telah mengembangkan sistem khusus pertukaran panas dan termoregulasi dengan dunia luar. Tanaman mengembangkan serbuk sari dan biji yang dibawa oleh angin untuk reproduksi. Tanaman ini diposisikan secara unik untuk meningkatkan sifat serbuk sari, menghasilkan penyerbukan yang efisien. Hewan telah memperoleh mobilitas yang bertujuan untuk mendapatkan makanan. Koneksi mekanis, fungsional, dan sumber daya mutlak dengan bumi telah terbentuk.

• Faktor keterbatasan penghuni lingkungan adalah kurangnya sumber air.
• Organisme hidup dapat mengubah bentuk tubuh karena kepadatan yang rendah di udara. Misalnya, pembentukan bagian rangka penting bagi hewan, sedangkan burung membutuhkan bentuk sayap dan struktur tubuh yang halus.
• Tanaman membutuhkan jaringan ikat yang fleksibel, serta adanya bentuk mahkota dan bunga yang khas.
• Burung dan mamalia berutang perolehan fungsi berdarah panas dengan adanya sifat udara - konduktivitas termal, kapasitas panas.

temuan

Habitat darat-udara tidak biasa dalam hal faktor lingkungan. Tinggalnya hewan dan tumbuhan di dalamnya dimungkinkan karena munculnya dan pembentukan banyak adaptasi di dalamnya. Semua penghuni tidak dapat dipisahkan dari permukaan bumi untuk pengikatan dan penopang yang stabil. Dalam hal ini, tanah tidak dapat dipisahkan dari lingkungan akuatik dan terestrial, yang memainkan peran utama dalam evolusi dunia hewan dan tumbuhan.

Bagi banyak individu, itu adalah jembatan di mana organisme sumber air melewati kondisi kehidupan terestrial dan dengan demikian menaklukkan tanah. Distribusi flora dan fauna di seluruh planet tergantung pada komposisi tanah dan medan, tergantung pada cara hidupnya.

Akhir-akhir ini, lingkungan darat-udara telah berubah karena aktivitas manusia. Orang-orang secara artifisial mengubah lanskap alam, jumlah dan ukuran badan air. Dalam situasi seperti itu, banyak organisme tidak dapat dengan cepat beradaptasi dengan kondisi kehidupan baru. Penting untuk mengingat ini dan menghentikan campur tangan negatif orang-orang di habitat darat-udara hewan dan tumbuhan!

Habitat Udara Darat

Dalam perjalanan evolusi, lingkungan ini lebih lambat dikuasai daripada air. Faktor lingkungan di lingkungan darat-udara berbeda dari habitat lain dalam intensitas cahaya tinggi, fluktuasi suhu dan kelembaban udara yang signifikan, korelasi semua faktor dengan lokasi geografis, perubahan musim tahun dan waktu hari. Lingkungan adalah gas, oleh karena itu ditandai dengan kelembaban rendah, kepadatan dan tekanan, kandungan oksigen tinggi.

Karakterisasi faktor lingkungan abiotik cahaya, suhu, kelembaban - lihat kuliah sebelumnya.

Komposisi gas atmosfer juga merupakan faktor iklim yang penting. Sekitar 3-3,5 miliar tahun yang lalu, atmosfer mengandung nitrogen, amonia, hidrogen, metana, dan uap air, dan tidak ada oksigen bebas di dalamnya. Komposisi atmosfer sangat ditentukan oleh gas vulkanik.

Saat ini, atmosfer terutama terdiri dari nitrogen, oksigen, dan argon dan karbon dioksida dalam jumlah yang relatif lebih kecil. Semua gas lain yang ada di atmosfer hanya terkandung dalam jumlah kecil. Yang sangat penting bagi biota adalah kandungan relatif oksigen dan karbon dioksida.

Kandungan oksigen yang tinggi berkontribusi pada peningkatan metabolisme organisme darat dibandingkan dengan organisme akuatik primer. Di lingkungan terestrial, atas dasar efisiensi tinggi proses oksidatif dalam tubuh, homoiothermia hewan muncul. Oksigen, karena kandungannya yang selalu tinggi di udara, bukanlah faktor yang membatasi kehidupan di lingkungan terestrial. Hanya di tempat-tempat, dalam kondisi tertentu, defisit sementara dibuat, misalnya, dalam akumulasi sisa tanaman yang membusuk, stok biji-bijian, tepung, dll.

Kandungan karbon dioksida dapat bervariasi di area tertentu dari lapisan permukaan udara dalam batas yang cukup signifikan. Misalnya, dengan tidak adanya angin di pusat kota besar, konsentrasinya meningkat sepuluh kali lipat. Perubahan harian dalam kandungan karbon dioksida di lapisan permukaan adalah teratur, terkait dengan ritme fotosintesis tanaman, dan musiman, karena perubahan intensitas respirasi organisme hidup, terutama populasi mikroskopis tanah. Peningkatan saturasi udara dengan karbon dioksida terjadi di zona aktivitas vulkanik, dekat mata air panas dan outlet bawah tanah lainnya dari gas ini. Rendahnya kandungan karbon dioksida menghambat proses fotosintesis. Dalam kondisi dalam ruangan, laju fotosintesis dapat ditingkatkan dengan meningkatkan konsentrasi karbon dioksida; ini digunakan dalam praktik rumah kaca dan rumah kaca.

Nitrogen udara bagi sebagian besar penghuni lingkungan terestrial adalah gas inert, tetapi sejumlah mikroorganisme (bakteri nodul, Azotobacter, clostridia, ganggang biru-hijau, dll.) memiliki kemampuan untuk mengikatnya dan melibatkannya dalam siklus biologis.

Kotoran lokal yang masuk ke udara juga dapat secara signifikan mempengaruhi organisme hidup. Ini terutama berlaku untuk zat gas beracun - metana, sulfur oksida (IV), karbon monoksida (II), nitrogen oksida (IV), hidrogen sulfida, senyawa klorin, serta partikel debu, jelaga, dll., yang mencemari udara di kawasan industri. Sumber modern utama polusi kimia dan fisik atmosfer adalah antropogenik: pekerjaan berbagai perusahaan industri dan transportasi, erosi tanah, dll. Sulfur oksida (SO 2), misalnya, beracun bagi tanaman bahkan dalam konsentrasi dari satu lima puluh- seperseribu hingga sepersejuta volume udara .. Beberapa spesies tanaman sangat sensitif terhadap S0 2 dan berfungsi sebagai indikator sensitif akumulasinya di udara (misalnya, lumut kerak.

Kepadatan udara rendah menentukan gaya angkat yang rendah dan daya dukung yang tidak signifikan. Penghuni udara harus memiliki sistem pendukung mereka sendiri yang menopang tubuh: tumbuhan - berbagai jaringan mekanis, hewan - kerangka padat atau, lebih jarang, kerangka hidrostatik. Selain itu, semua penghuni lingkungan udara terkait erat dengan permukaan bumi, yang berfungsi untuk melekat dan menopang mereka. Kehidupan dalam keadaan tersuspensi di udara tidak mungkin. Benar, banyak mikroorganisme dan hewan, spora, biji dan serbuk sari tanaman secara teratur hadir di udara dan dibawa oleh arus udara (anemochory), banyak hewan mampu terbang aktif, tetapi dalam semua spesies ini fungsi utama dari siklus hidup mereka - reproduksi - dilakukan di permukaan bumi. Bagi kebanyakan dari mereka, berada di udara hanya dikaitkan dengan pemukiman kembali atau pencarian mangsa.

Angin Ini memiliki efek membatasi pada aktivitas dan bahkan distribusi organisme. Angin bahkan dapat mengubah penampilan tanaman, terutama di habitat seperti zona alpine di mana faktor-faktor lain membatasi. Di habitat pegunungan terbuka, angin membatasi pertumbuhan tanaman, menyebabkan tanaman membungkuk ke arah angin. Selain itu, angin meningkatkan evapotranspirasi dalam kondisi kelembaban rendah. Yang sangat penting adalah badai, meskipun tindakan mereka murni lokal. Badai, serta angin biasa, mampu mengangkut hewan dan tumbuhan jarak jauh dan dengan demikian mengubah komposisi komunitas.

Tekanan, ternyata, bukan merupakan faktor pembatas aksi langsung, tetapi terkait langsung dengan cuaca dan iklim, yang memiliki efek pembatas langsung. Kepadatan udara yang rendah menyebabkan tekanan yang relatif rendah di darat. Biasanya, itu sama dengan 760 mm Hg, Art. Ketika ketinggian meningkat, tekanan berkurang. Pada ketinggian 5800 m, itu hanya setengah normal. Tekanan rendah dapat membatasi distribusi spesies di pegunungan. Untuk sebagian besar vertebrata, batas atas kehidupan adalah sekitar 6000 m. Penurunan tekanan menyebabkan penurunan suplai oksigen dan dehidrasi hewan karena peningkatan laju pernapasan. Kurang lebih sama adalah batas kemajuan ke pegunungan tanaman yang lebih tinggi. Yang lebih kuat adalah artropoda (ekor pegas, tungau, laba-laba) yang dapat ditemukan di gletser di atas batas vegetasi.

Secara umum, semua organisme terestrial jauh lebih stenotik daripada organisme akuatik.

Struktur lapisan kulit bumi dan komposisi atmosfer; rezim cahaya sebagai faktor lingkungan darat-udara; adaptasi organisme terhadap rezim cahaya yang berbeda; kondisi suhu di lingkungan darat-udara, adaptasi suhu; polusi udara

Lingkungan darat-udara adalah yang paling sulit ditinjau dari kondisi lingkungan kehidupan. Kehidupan di darat membutuhkan adaptasi morfologi dan biokimia seperti itu, yang ternyata hanya mungkin terjadi dengan tingkat organisasi tumbuhan dan hewan yang cukup tinggi. pada gambar. 2 menunjukkan diagram cangkang Bumi. Bagian luar dapat dikaitkan dengan lingkungan darat-udara litosfer dan bagian bawah suasana. Atmosfer, pada gilirannya, memiliki struktur berlapis yang cukup menonjol. Lapisan atmosfer yang lebih rendah ditunjukkan pada gambar. 2. Karena sebagian besar makhluk hidup hidup di troposfer, lapisan atmosfer inilah yang termasuk dalam konsep lingkungan darat-udara. Troposfer adalah bagian terendah dari atmosfer. Ketinggiannya di berbagai daerah adalah dari 7 hingga 18 km, mengandung sebagian besar uap air, yang, mengembun, membentuk awan. Di troposfer, ada pergerakan udara yang kuat, dan suhu turun rata-rata 0,6 ° C dengan kenaikan untuk setiap 100 m.

Atmosfer bumi terdiri dari campuran mekanis gas yang tidak bekerja secara kimia satu sama lain. Semua proses meteorologi terjadi di dalamnya, yang totalitasnya disebut iklim. Batas atas atmosfer secara kondisional dianggap 2000 km, yaitu tingginya adalah V 3 bagian dari jari-jari Bumi. Berbagai proses fisik terus berlangsung di atmosfer: suhu, perubahan kelembaban, uap air mengembun, kabut dan awan muncul, sinar matahari memanaskan atmosfer, mengionisasinya, dll.

Sebagian besar udara terkonsentrasi di lapisan 70 km. Udara kering mengandung (dalam%): nitrogen - 78,08; oksigen - 20,95; argon - 0,93; karbon dioksida - 0,03. Ada sangat sedikit gas lainnya. Ini adalah hidrogen, neon, helium, kripton, radon, xenon - sebagian besar gas inert.

Udara atmosfer adalah salah satu elemen vital utama lingkungan. Ini andal melindungi planet ini dari radiasi kosmik yang berbahaya. Di bawah pengaruh atmosfer di Bumi, proses geologis terpenting terjadi, yang pada akhirnya membentuk lanskap.

Udara atmosfer termasuk dalam kategori sumber daya yang tidak ada habisnya, tetapi perkembangan industri yang intensif, pertumbuhan kota, perluasan eksplorasi ruang angkasa meningkatkan dampak antropogenik negatif pada atmosfer. Oleh karena itu, isu perlindungan udara atmosfer menjadi semakin penting.

Selain udara dengan komposisi tertentu, organisme hidup yang menghuni lingkungan darat-udara dipengaruhi oleh tekanan dan kelembaban udara, serta radiasi matahari dan suhu.

Beras. 2.

Mode cahaya, atau radiasi matahari. Untuk pelaksanaan proses vital, semua makhluk hidup membutuhkan energi yang berasal dari luar. Sumber utamanya adalah radiasi matahari.

Pengaruh bagian yang berbeda dari spektrum radiasi matahari pada organisme hidup berbeda. Diketahui bahwa dalam spektrum pancaran sinar matahari ultraviolet, terlihat dan daerah inframerah, yang, pada gilirannya, terdiri dari gelombang cahaya dengan panjang yang berbeda (Gbr. 3).

Di antara sinar ultraviolet (UFL), hanya gelombang panjang (290-300 nm) yang mencapai permukaan bumi, dan gelombang pendek (kurang dari 290 nm), yang merusak semua makhluk hidup, hampir sepenuhnya diserap pada ketinggian sekitar 20. -25 km dekat lapisan ozon - lapisan tipis atmosfer yang mengandung molekul 0 3 (lihat Gambar 2).

Beras. 3. Efek biologis dari berbagai bagian spektrum radiasi matahari: 1 - denaturasi protein; 2 - intensitas fotosintesis gandum; 3 - sensitivitas spektral mata manusia. Area radiasi ultraviolet yang tidak menembus diarsir.

melalui atmosfer

Sinar ultraviolet gelombang panjang (300-400 nm), yang memiliki energi foton tinggi, memiliki aktivitas kimia dan mutagenik yang tinggi. Dosis besar dari mereka berbahaya bagi organisme.

Dalam kisaran 250-300 nm, radiasi UV memiliki efek bakterisida yang kuat dan menyebabkan pembentukan vitamin D anti-rakhitis pada hewan, yaitu, dalam dosis kecil, radiasi UV diperlukan untuk manusia dan hewan. Pada panjang 300-400 nm, sinar UV menyebabkan tan pada manusia, yang merupakan reaksi protektif pada kulit.

Sinar inframerah (IRL) dengan panjang gelombang lebih dari 750 nm memiliki efek termal, tidak dirasakan oleh mata manusia dan memberikan rezim termal planet ini. Sinar ini sangat penting untuk hewan berdarah dingin (serangga, reptil), yang menggunakannya untuk meningkatkan suhu tubuh (kupu-kupu, kadal, ular) atau untuk berburu (kutu, laba-laba, ular).

Saat ini, banyak perangkat telah diproduksi yang menggunakan satu atau beberapa bagian spektrum: iradiator ultraviolet, peralatan rumah tangga dengan radiasi inframerah untuk memasak cepat, dll.

Sinar tampak dengan panjang gelombang 400-750 nm sangat penting bagi semua organisme hidup.

Cahaya sebagai syarat bagi kehidupan tumbuhan. Cahaya sangat penting bagi tanaman. Tumbuhan hijau menggunakan energi matahari di wilayah spektrum ini, menangkapnya dalam proses fotosintesis:

Karena kebutuhan energi cahaya yang berbeda, tanaman mengembangkan berbagai adaptasi morfologi dan fisiologis terhadap rezim cahaya habitatnya.

Adaptasi adalah suatu sistem untuk mengatur proses metabolisme dan karakteristik fisiologis yang menjamin kemampuan beradaptasi maksimum organisme terhadap kondisi lingkungan.

Sesuai dengan adaptasi terhadap rezim cahaya, tanaman dibagi ke dalam kelompok ekologi berikut.

• 1. pecinta cahaya- memiliki adaptasi morfologis berikut: pucuk bercabang kuat dengan ruas pendek, roset; daunnya kecil atau dengan helai daun yang sangat membedah, seringkali dengan lapisan lilin atau puber, sering diputar dengan tepi ke arah cahaya (misalnya, akasia, mimosa, sophora, bunga jagung, rumput bulu, pinus, tulip).
• 2. pecinta naungan- terus-menerus dalam kondisi naungan yang kuat. Daunnya berwarna hijau tua, tersusun mendatar. Ini adalah tanaman dari tingkat hutan yang lebih rendah (misalnya, wintergreen, cerpelai berdaun dua, pakis, dll.). Dengan kurangnya cahaya, tanaman laut dalam (alga merah dan coklat) hidup.
• 3. tahan naungan- dapat mentolerir naungan, tetapi juga tumbuh dengan baik dalam cahaya (misalnya, rumput hutan dan semak tumbuh baik di tempat teduh dan di tepinya, serta ek, beech, hornbeam, cemara).

Dalam kaitannya dengan cahaya, tumbuhan di hutan tersusun berjenjang. Selain itu, bahkan di pohon yang sama, daun menangkap cahaya secara berbeda tergantung pada tingkatannya. Sebagai aturan, mereka membentuk lembar mosaik, yaitu diatur sedemikian rupa untuk meningkatkan permukaan daun untuk menangkap cahaya yang lebih baik.

Rezim cahaya bervariasi tergantung pada garis lintang geografis, waktu hari dan musim. Sehubungan dengan rotasi Bumi, rezim cahaya memiliki ritme harian dan musiman yang berbeda. Reaksi tubuh terhadap perubahan mode pencahayaan disebut fotoperiodisme. Sehubungan dengan fotoperiodisme dalam tubuh, proses metabolisme, pertumbuhan dan perkembangan berubah.

Fenomena yang terkait dengan fotoperiodisme pada tumbuhan fototropisme- pergerakan individu organ tumbuhan menuju cahaya. Misalnya, pergerakan keranjang bunga matahari di siang hari mengikuti matahari, membuka perbungaan dandelion dan bindweed di pagi hari dan menutupnya di malam hari, dan sebaliknya - membuka bunga violet malam dan tembakau harum di malam hari dan menutupnya di pagi hari (fotoperiodisme harian).

Fotoperiodisme musiman diamati di garis lintang dengan perubahan musim (garis lintang sedang dan utara). Dengan permulaan hari yang panjang (di musim semi), aliran getah aktif diamati pada tanaman, kuncupnya membengkak dan terbuka. Dengan permulaan hari musim gugur yang pendek, tanaman menggugurkan daunnya dan bersiap untuk dormansi musim dingin. Penting untuk membedakan antara tanaman "hari pendek" - mereka umum di subtropis (krisan, perilla, beras, kedelai, cocklebur, rami); dan tanaman "hari yang panjang" (rudbeckia, sereal, silangan, dill) - mereka didistribusikan terutama di garis lintang sedang dan subkutub. Tanaman "hari panjang" tidak dapat tumbuh di selatan (tidak menghasilkan biji), dan hal yang sama berlaku untuk tanaman "hari pendek" jika ditanam di utara.

Cahaya sebagai syarat kehidupan hewan. Bagi hewan, cahaya bukanlah faktor yang paling penting, seperti halnya tanaman hijau, karena mereka ada karena energi matahari yang dikumpulkan oleh tanaman ini. Namun demikian, hewan membutuhkan cahaya dengan komposisi spektral tertentu. Pada dasarnya, mereka membutuhkan cahaya untuk orientasi visual di ruang angkasa. Benar, tidak semua hewan memiliki mata. Pada primitif, ini hanyalah sel fotosensitif atau bahkan tempat di dalam sel (misalnya, stigma pada organisme uniseluler atau "mata peka cahaya").

Penglihatan figuratif hanya mungkin dilakukan dengan struktur mata yang cukup kompleks. Misalnya, laba-laba dapat membedakan kontur objek bergerak hanya pada jarak 1-2 cm, mata vertebrata melihat bentuk dan ukuran objek, warnanya, dan menentukan jaraknya.

Cahaya tampak adalah konsep konvensional untuk spesies hewan yang berbeda. Bagi seseorang, ini adalah sinar dari ungu ke merah tua (ingat warna pelangi). Ular derik, misalnya, melihat bagian spektrum inframerah. Lebah, di sisi lain, membedakan sinar ultraviolet warna-warni, tetapi tidak melihat yang merah. Spektrum cahaya tampak bagi mereka digeser ke daerah ultraviolet.

Perkembangan organ penglihatan sangat tergantung pada situasi ekologis dan kondisi lingkungan organisme. Jadi, pada penghuni gua permanen, di mana sinar matahari tidak menembus, mata dapat dikurangi seluruhnya atau sebagian: pada kumbang tanah buta, kelelawar, beberapa amfibi, dan ikan.

Kemampuan untuk melihat warna juga tergantung pada apakah organisme diurnal atau nokturnal. Anjing, kucing, hamster (yang mencari makan dengan berburu saat senja) semuanya melihat dalam warna hitam dan putih. Visi yang sama ada pada burung malam - burung hantu, nightjars. Burung diurnal memiliki penglihatan warna yang berkembang dengan baik.

Hewan dan burung juga memiliki adaptasi untuk gaya hidup siang dan malam. Misalnya, sebagian besar ungulata, beruang, serigala, elang, larks aktif di siang hari, sedangkan harimau, tikus, landak, burung hantu paling aktif di malam hari. Panjangnya siang hari mempengaruhi permulaan musim kawin, migrasi dan penerbangan pada burung, hibernasi pada mamalia, dll.

Hewan menavigasi dengan bantuan organ penglihatan mereka selama penerbangan jarak jauh dan migrasi. Burung, misalnya, memilih arah penerbangan dengan akurasi luar biasa, mengatasi ribuan kilometer dari tempat bersarang ke tempat musim dingin. Telah terbukti bahwa selama penerbangan jarak jauh seperti itu, burung setidaknya sebagian diorientasikan oleh Matahari dan bintang-bintang, yaitu sumber cahaya astronomi. Mereka mampu melakukan navigasi, mengubah orientasi untuk mencapai titik yang diinginkan di Bumi. Jika burung-burung diangkut dalam sangkar, maka mereka dengan benar memilih arah musim dingin dari mana saja di dunia. Burung tidak terbang dalam kabut terus menerus, karena mereka sering tersesat selama penerbangan.

Di antara serangga, kemampuan untuk orientasi semacam ini dikembangkan pada lebah. Mereka menggunakan posisi (ketinggian) Matahari sebagai panduan.

Rezim suhu di lingkungan darat-udara. Adaptasi suhu. Diketahui bahwa kehidupan adalah cara keberadaan tubuh protein, oleh karena itu batas keberadaan kehidupan adalah suhu di mana struktur dan fungsi normal protein dimungkinkan, rata-rata dari 0 °C hingga +50 °C. Namun, beberapa organisme memiliki sistem enzim khusus dan beradaptasi dengan keberadaan aktif pada suhu di luar batas ini.

Spesies yang lebih suka dingin (mereka disebut kriofilia), dapat mempertahankan aktivitas sel hingga -8°... -10°C. Bakteri, jamur, lumut kerak, lumut, dan artropoda dapat mengalami hipotermia. Pohon kami juga tidak mati pada suhu rendah. Hanya penting bahwa selama periode persiapan untuk musim dingin, air dalam sel tanaman masuk ke keadaan khusus, dan tidak berubah menjadi es - kemudian sel mati. Tanaman mengatasi hipotermia dengan mengumpulkan zat dalam sel dan jaringannya - pelindung osmotik: berbagai gula, asam amino, alkohol, yang "memompa" kelebihan air, mencegahnya berubah menjadi es.

Kelompok makhluk hidup yang hidup optimumnya pada suhu tinggi disebut termofil. Ini berbagai cacing, serangga, tungau yang hidup di gurun pasir dan semi gurun panas, ini adalah bakteri dari sumber air panas. Ada mata air dengan suhu + 70 ° C, yang berisi penghuni hidup - ganggang biru-hijau (cyanobacteria), beberapa jenis moluska.

Namun, jika kita memperhitungkan terpendam(tidak aktif jangka panjang) bentuk organisme, seperti spora beberapa bakteri, kista, spora dan biji tanaman, mereka dapat menahan suhu yang sangat abnormal. Spora bakteri dapat bertahan pada suhu hingga 180°C. Banyak biji, serbuk sari tanaman, kista, ganggang uniseluler tahan terhadap pembekuan dalam nitrogen cair (pada -195,8°C) dan kemudian disimpan dalam waktu lama pada suhu -70 °C. Setelah dicairkan dan ditempatkan dalam kondisi yang menguntungkan dan media nutrisi yang cukup, sel-sel ini dapat menjadi aktif kembali dan mulai berkembang biak.

Penghentian sementara semua proses vital tubuh disebut mati suri. Anabiosis dapat terjadi pada hewan baik dengan penurunan suhu lingkungan, maupun dengan peningkatannya. Misalnya, pada ular dan kadal, ketika suhu udara naik di atas 45 ° C, mati suri termal terjadi. Pada amfibi pada suhu air di bawah 4 ° C, aktivitas vital praktis tidak ada. Dari keadaan anabiosis, makhluk hidup dapat kembali ke kehidupan normal hanya jika struktur makromolekul dalam selnya (terutama DNA dan protein) tidak terganggu.

Ketahanan terhadap fluktuasi suhu pada penghuni terestrial berbeda.

Adaptasi suhu pada tumbuhan Tumbuhan, sebagai organisme yang tidak bergerak, dipaksa untuk beradaptasi dengan fluktuasi suhu yang ada di habitatnya. Mereka memiliki sistem khusus yang melindungi dari hipotermia atau panas berlebih. transpirasi- ini adalah sistem untuk penguapan air oleh tanaman melalui alat stomata, yang menyelamatkan mereka dari panas berlebih. Beberapa tanaman bahkan telah memperoleh ketahanan terhadap api - mereka disebut pyrophytes. Kebakaran sering terjadi di sabana, semak belukar. Pohon sabana memiliki kulit kayu tebal yang diresapi dengan zat tahan api. Buah dan bijinya memiliki kulit lignifikasi tebal yang retak saat dibakar, yang membantu benih jatuh ke tanah.

Adaptasi suhu hewan. Hewan, dibandingkan dengan tumbuhan, memiliki kemampuan yang lebih besar untuk beradaptasi dengan perubahan suhu, karena mereka mampu bergerak, memiliki otot dan menghasilkan panas internal mereka sendiri. Tergantung pada mekanisme mempertahankan suhu tubuh yang konstan, ada: poikilotermik(berdarah dingin) dan homoiotermal(berdarah panas) hewan.

Poikilotermik adalah serangga, ikan, amfibi, reptil. Suhu tubuh mereka berubah dengan suhu lingkungan.

homeotermik- hewan dengan suhu tubuh konstan, mampu mempertahankannya bahkan dengan fluktuasi suhu luar yang kuat (ini adalah mamalia dan burung).

Cara utama adaptasi suhu:

• 1) termoregulasi kimia- peningkatan produksi panas sebagai respons terhadap penurunan suhu sekitar;
• 2) termoregulasi fisik- kemampuan menahan panas karena rambut dan bulu, distribusi cadangan lemak, kemungkinan perpindahan panas menguapkan, dll .;

3) termoregulasi perilaku- kemampuan untuk berpindah dari tempat bersuhu ekstrem ke tempat bersuhu optimal. Ini adalah cara utama termoregulasi pada hewan poikilothermic. Ketika suhu naik atau turun, mereka cenderung mengubah postur atau bersembunyi di tempat teduh, di dalam lubang. Lebah, semut, rayap membangun sarang dengan suhu yang diatur dengan baik di dalamnya.

Pada hewan berdarah panas, sistem termoregulasi telah meningkat secara signifikan (meskipun lemah pada anak dan anak ayam).

Untuk mengilustrasikan kesempurnaan termoregulasi pada hewan tingkat tinggi dan manusia, kita dapat memberikan contoh berikut. Sekitar 200 tahun yang lalu, Dr. C. Blegden di Inggris membuat eksperimen berikut: bersama dengan teman-temannya dan seekor anjing, ia menghabiskan 45 menit di ruang kering pada +126°C tanpa konsekuensi kesehatan. Penggemar pemandian Finlandia tahu bahwa dimungkinkan untuk menghabiskan waktu di sauna dengan suhu lebih dari + 100 ° C (untuk semua orang - mereka sendiri), dan ini baik untuk kesehatan. Tetapi kita juga tahu bahwa jika sepotong daging disimpan pada suhu ini, itu akan matang.

Di bawah aksi dingin pada hewan berdarah panas, proses oksidatif diintensifkan, terutama di otot. Termoregulasi kimia ikut bermain. Tremor otot dicatat, menyebabkan pelepasan panas tambahan. Metabolisme lipid secara khusus ditingkatkan, karena lemak mengandung pasokan energi kimia yang signifikan. Oleh karena itu, akumulasi cadangan lemak memberikan termoregulasi yang lebih baik.

Peningkatan produksi produksi panas disertai dengan konsumsi makanan dalam jumlah besar. Jadi, burung yang tersisa untuk musim dingin membutuhkan banyak makanan, mereka tidak takut pada embun beku, tetapi kelaparan. Dengan panen yang baik, salib cemara dan pinus, misalnya, bahkan di musim dingin, anak ayam berkembang biak. Orang-orang - penduduk wilayah Siberia atau utara yang keras - dari generasi ke generasi mengembangkan menu berkalori tinggi - pangsit tradisional dan makanan berkalori tinggi lainnya. Karena itu, sebelum mengikuti pola makan Barat yang modis dan menolak makanan nenek moyang, orang harus mengingat kemanfaatan yang ada di alam, yang mendasari tradisi jangka panjang manusia.

Mekanisme yang efektif untuk mengatur perpindahan panas pada hewan, seperti pada tumbuhan, adalah penguapan air melalui keringat atau melalui selaput lendir mulut dan saluran pernapasan bagian atas. Ini adalah contoh termoregulasi fisik. Seseorang yang mengalami panas ekstrem dapat mengeluarkan hingga 12 liter keringat per hari, sementara mengeluarkan panas 10 kali lebih banyak dari biasanya. Sebagian air yang dikeluarkan harus dikembalikan melalui minum.

Hewan berdarah panas, seperti hewan berdarah dingin, dicirikan oleh termoregulasi perilaku. Di liang hewan yang hidup di bawah tanah, fluktuasi suhu semakin kecil, semakin dalam lubangnya. Sarang lebah yang dibangun dengan terampil mempertahankan iklim mikro yang merata dan menguntungkan. Yang menarik adalah perilaku kelompok hewan. Misalnya, penguin dalam cuaca beku dan badai salju yang parah membentuk "kura-kura" - tumpukan padat. Mereka yang menemukan diri mereka di tepi secara bertahap masuk ke dalam, di mana suhu dipertahankan sekitar +37°C. Di tempat yang sama, di dalam, anaknya ditempatkan.

Jadi, untuk hidup dan berkembang biak dalam kondisi tertentu dari lingkungan darat-udara, hewan dan tumbuhan dalam proses evolusi telah mengembangkan berbagai adaptasi dan sistem yang sesuai dengan habitat ini.

Polusi udara. Baru-baru ini, faktor eksternal yang semakin signifikan yang mengubah habitat darat-udara telah menjadi faktor antropogenik.

Atmosfer, seperti biosfer, memiliki sifat pemurnian diri, atau menjaga keseimbangan. Namun, volume dan kecepatan polusi atmosfer modern melebihi kemungkinan netralisasinya secara alami.

Pertama, polusi alami - berbagai debu: mineral (produk pelapukan dan penghancuran batuan), organik (aeroplankton - bakteri, virus, serbuk sari tanaman) dan ruang (partikel yang memasuki atmosfer dari luar angkasa).

Kedua, ini adalah polusi buatan (antropogenik) - emisi industri, transportasi dan domestik ke atmosfer (debu pabrik semen, jelaga, berbagai gas, kontaminasi radioaktif, pestisida).

Menurut perkiraan kasar, 1,5 juta ton arsenik telah dilepaskan ke atmosfer selama 100 tahun terakhir; 1 juta ton nikel; 1,35 juta ton silikon, 900 ribu ton kobalt, 600 ribu ton seng, jumlah yang sama dari tembaga dan logam lainnya.

Perusahaan kimia mengeluarkan karbon dioksida, oksida besi, nitrogen oksida, klorin. Di antara pestisida, senyawa organofosfat sangat beracun, yang darinya bahkan lebih beracun diperoleh di atmosfer.

Akibat emisi di kota-kota di mana radiasi ultraviolet berkurang dan ada banyak orang, cekungan udara terdegradasi, salah satu manifestasinya adalah kabut asap.

terjadi kabut asap "klasik"(campuran kabut beracun yang terjadi selama sedikit mendung) dan " fotokimia» (campuran gas kaustik dan aerosol, yang terbentuk tanpa kabut sebagai hasil reaksi fotokimia). Yang paling berbahaya adalah kabut asap London dan Los Angeles. Ini menyerap hingga 25% radiasi matahari dan 80% sinar ultraviolet, penduduk perkotaan menderita karenanya.

Lingkungan darat-udara adalah yang paling sulit bagi kehidupan organisme. Faktor fisik yang membentuknya sangat beragam: cahaya, suhu. Tetapi organisme telah beradaptasi selama evolusi terhadap faktor-faktor yang berubah ini dan telah mengembangkan sistem adaptasi untuk memastikan kemampuan beradaptasi yang ekstrem terhadap kondisi lingkungan. Meskipun udara tidak habis-habisnya sebagai sumber daya lingkungan, kualitasnya menurun dengan cepat. Pencemaran udara merupakan bentuk pencemaran lingkungan yang paling berbahaya.

Pertanyaan dan tugas untuk pengendalian diri

• 1. Jelaskan mengapa lingkungan darat-udara merupakan lingkungan yang paling sulit bagi kehidupan organisme.
• 2. Berikan contoh adaptasi pada tumbuhan dan hewan terhadap suhu tinggi dan rendah.
• 3. Mengapa suhu memiliki pengaruh yang kuat terhadap aktivitas vital organisme apa pun?
• 4. Menganalisis bagaimana cahaya mempengaruhi kehidupan tumbuhan dan hewan.
• 5. Jelaskan apa itu fotoperiodisme.
• 6. Buktikan bahwa gelombang yang berbeda dari spektrum cahaya memiliki efek yang berbeda pada organisme hidup, berikan contohnya. Sebutkan kelompok makhluk hidup berdasarkan cara mereka menggunakan energi, berikan contohnya.
• 7. Mengomentari fenomena musiman apa yang berhubungan dengan alam dan bagaimana tumbuhan dan hewan bereaksi terhadapnya.
• 8. Jelaskan mengapa polusi udara menimbulkan bahaya terbesar bagi organisme hidup.

Lingkungan kehidupan darat-udara adalah yang paling sulit ditinjau dari kondisi lingkungan. Dalam perjalanan evolusi, itu dikuasai jauh lebih lambat daripada air. Kehidupan di darat membutuhkan adaptasi seperti itu, yang menjadi mungkin hanya dengan tingkat organisasi organisme yang cukup tinggi. Lingkungan darat-udara dicirikan oleh kepadatan udara yang rendah, fluktuasi suhu dan kelembaban yang besar, intensitas radiasi matahari yang lebih tinggi dibandingkan dengan media lain, dan mobilitas atmosfer.

Kepadatan dan mobilitas udara rendah menentukan gaya angkat yang rendah dan dukungan yang tidak signifikan. Organisme lingkungan terestrial harus memiliki sistem pendukung yang mendukung tubuh: tumbuhan - jaringan mekanis, hewan - kerangka padat atau hidrostatik.

Kecilnya gaya angkat udara menentukan massa dan ukuran organisme terestrial yang membatasi. Hewan darat terbesar jauh lebih kecil daripada raksasa lingkungan air - paus. Hewan seukuran dan massa paus modern tidak dapat hidup di darat, karena mereka akan dihancurkan oleh beratnya sendiri.

Kepadatan udara yang rendah menyebabkan resistensi yang rendah terhadap gerakan. Oleh karena itu, banyak hewan memperoleh kemampuan untuk terbang: burung, serangga, beberapa mamalia dan reptil.

Karena mobilitas udara, penerbangan pasif dari beberapa spesies organisme, serta serbuk sari, spora, buah-buahan dan biji-bijian tanaman, dimungkinkan. Pengendapan dengan bantuan aliran udara disebut anemochoria. Organisme pasif di udara disebut aeroplankton. Mereka dicirikan oleh ukuran tubuh yang sangat kecil, adanya pertumbuhan dan pembedahan yang kuat, penggunaan sarang laba-laba, dll. Biji dan buah tanaman anemochora juga memiliki ukuran yang sangat kecil (biji anggrek, fireweed, dll) atau berbagai pelengkap berbentuk sayap (maple, abu) dan berbentuk parasut (dandelion, coltsfoot).

Di banyak tanaman, transfer serbuk sari dilakukan dengan bantuan angin, misalnya, di gymnospermae, beech, birch, elm, sereal, dll. Metode penyerbukan tanaman dengan bantuan angin disebut anemofilia. Tanaman yang diserbuki angin memiliki banyak adaptasi untuk memastikan efisiensi penyerbukan.

Angin yang bertiup dengan kekuatan besar (badai, angin topan) mematahkan pohon, sering kali membuat pohon terbalik. Angin yang terus-menerus bertiup ke arah yang sama menyebabkan berbagai deformasi pada pertumbuhan pohon dan menyebabkan pembentukan mahkota berbentuk bendera.

Di daerah di mana angin kencang terus-menerus bertiup, sebagai aturan, komposisi spesies hewan terbang kecil buruk, karena mereka tidak mampu menahan arus udara yang kuat. Jadi, di pulau-pulau samudera dengan angin kencang yang konstan, burung dan serangga yang kehilangan kemampuan untuk terbang mendominasi. Angin meningkatkan hilangnya kelembaban dan panas oleh organisme, di bawah pengaruhnya pengeringan dan pendinginan organisme terjadi lebih cepat.

Kepadatan udara yang rendah menyebabkan tekanan yang relatif rendah di darat (760 mm Hg). Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan berkurang, yang dapat membatasi distribusi spesies di pegunungan. Penurunan tekanan menyebabkan penurunan suplai oksigen dan dehidrasi hewan karena peningkatan laju pernapasan. Oleh karena itu, untuk sebagian besar vertebrata dan tumbuhan tingkat tinggi, batas atas kehidupan adalah sekitar 6000 m.

Komposisi gas udara di lapisan permukaan atmosfer cukup homogen. Ini mengandung nitrogen - 78,1%, oksigen - 21%, argon - 0,9%, karbon dioksida - 0,03%. Selain gas-gas ini, atmosfer mengandung sejumlah kecil neon, kripton, xenon, hidrogen, helium, serta berbagai sekresi tanaman aromatik dan berbagai kotoran: sulfur dioksida, oksida karbon, nitrogen, dan kotoran fisik. Kandungan oksigen yang tinggi di atmosfer berkontribusi pada peningkatan metabolisme organisme darat dan munculnya hewan berdarah panas (homeotermik). Kekurangan oksigen dapat terjadi pada akumulasi sisa tanaman yang membusuk, stok biji-bijian, dan sistem akar tanaman pada tanah yang tergenang air atau tanah yang terlalu padat dapat mengalami kekurangan oksigen.

Kandungan karbon dioksida dapat bervariasi di area tertentu dari lapisan permukaan udara dalam batas yang cukup signifikan. Dengan tidak adanya angin di kota-kota besar, konsentrasinya dapat meningkat sepuluh kali lipat. Perubahan harian dan musiman yang teratur dalam kandungan karbon dioksida di lapisan permukaan udara, karena perubahan intensitas fotosintesis dan respirasi organisme. Pada konsentrasi tinggi, karbon dioksida bersifat racun, dan kandungannya yang rendah mengurangi laju fotosintesis.

Nitrogen udara untuk sebagian besar organisme di lingkungan terestrial adalah gas inert, tetapi banyak organisme prokariotik (bakteri nodul, Azotobacter, clostridia, cyanobacteria, dll.) memiliki kemampuan untuk mengikatnya dan melibatkannya dalam siklus biologis.

Banyak polutan yang masuk ke udara terutama sebagai akibat dari aktivitas manusia dapat mempengaruhi organisme secara signifikan. Sebagai contoh, oksida belerang beracun bagi tanaman bahkan dalam konsentrasi yang sangat rendah, menyebabkan kerusakan klorofil, merusak struktur kloroplas, menghambat proses fotosintesis dan respirasi. Kerusakan tanaman oleh gas beracun bervariasi dan tergantung pada karakteristik anatomi, morfologi, fisiologis, biologis, dan lainnya. Misalnya, lumut, cemara, pinus, ek, larch sangat sensitif terhadap gas industri. Poplar Kanada, poplar balsam, maple berdaun abu, thuja, elderberry merah dan beberapa lainnya paling tahan.

Modus cahaya. Radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi merupakan sumber energi utama untuk menjaga keseimbangan panas planet, metabolisme air organisme, penciptaan bahan organik oleh tumbuhan, yang pada akhirnya memungkinkan terbentuknya lingkungan yang mampu memenuhi kebutuhan vital organisme. Komposisi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi meliputi sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 290-380 nm, sinar tampak - 380-750 nm dan sinar inframerah dengan panjang gelombang 750-4000 nm. Sinar ultraviolet sangat reaktif dan berbahaya bagi organisme dalam dosis besar. Dalam dosis sedang dalam kisaran 300-380 nm, mereka merangsang pembelahan dan pertumbuhan sel, mempromosikan sintesis vitamin, antibiotik, pigmen (misalnya, pada manusia - terbakar sinar matahari, pada ikan dan amfibi - kaviar gelap), meningkatkan ketahanan tanaman terhadap penyakit. Sinar inframerah memiliki efek termal. Bakteri fotosintetik (hijau, ungu) mampu menyerap sinar inframerah dalam kisaran 800-1100 nm dan hanya ada dengan biaya mereka. Sekitar 50% radiasi matahari berasal dari cahaya tampak, yang memiliki signifikansi ekologis yang berbeda dalam kehidupan organisme autotrofik dan heterotrofik. Tumbuhan hijau membutuhkan cahaya untuk proses fotosintesis, pembentukan klorofil, dan pembentukan struktur kloroplas. Ini mempengaruhi pertukaran gas dan transpirasi, struktur organ dan jaringan, dan pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Untuk hewan, cahaya tampak diperlukan untuk orientasi di lingkungan. Pada beberapa hewan, persepsi visual meluas ke bagian spektrum ultraviolet dan inframerah dekat.

Rezim cahaya dari setiap habitat ditentukan oleh intensitas cahaya langsung dan tersebar, jumlahnya, komposisi spektral, dan juga reflektifitas permukaan tempat cahaya jatuh. Unsur-unsur rezim cahaya ini sangat bervariasi dan tergantung pada garis lintang geografis daerah tersebut, ketinggian matahari di atas cakrawala, panjang hari, keadaan atmosfer, sifat permukaan bumi, relief, waktu. hari dan musim. Dalam hal ini, organisme terestrial telah mengembangkan berbagai adaptasi terhadap rezim cahaya habitat selama proses evolusi yang panjang.

Adaptasi tanaman. Sehubungan dengan kondisi pencahayaan, tiga kelompok ekologi utama tanaman dibedakan: fotofil (heliofita); pecinta naungan (sciophytes); tahan naungan.

Heliophyta- tanaman dari habitat terbuka yang cukup terang. Mereka tidak mentolerir naungan. Contohnya dapat berupa tanaman stepa dan padang rumput dari komunitas tingkat atas, jenis gurun, padang rumput alpine, dll.

Sciophyta- jangan mentolerir pencahayaan yang kuat di bawah sinar matahari langsung. Ini adalah tanaman dari tingkat bawah hutan rindang, gua, celah batu, dll.

tahan naungan Tumbuhan memiliki valensi ekologi yang luas terhadap cahaya. Mereka tumbuh lebih baik pada intensitas cahaya tinggi, tetapi mereka juga mentolerir naungan dengan baik, beradaptasi dengan perubahan kondisi cahaya lebih mudah daripada tanaman lain.

Setiap kelompok tanaman yang dipertimbangkan dicirikan oleh adaptasi anatomi, morfologi, fisiologis, dan musiman tertentu terhadap kondisi rezim cahaya.

Salah satu perbedaan paling jelas dalam penampilan luar tanaman yang menyukai cahaya dan menyukai naungan adalah ukuran daun yang tidak sama. Pada heliophytes, mereka biasanya kecil atau dengan bilah daun yang dibedah. Hal ini terutama terlihat ketika membandingkan spesies terkait yang tumbuh di bawah kondisi pencahayaan yang berbeda (ungu ladang dan violet hutan, penyebaran bluebell yang tumbuh di padang rumput, dan bluebell hutan, dll.). Kecenderungan peningkatan ukuran daun dalam kaitannya dengan seluruh volume tanaman diekspresikan dengan jelas pada tanaman herba di hutan cemara: coklat kemerah-merahan biasa, maynik berdaun ganda, mata gagak, dll.

Pada tanaman fotofil, untuk mengurangi asupan radiasi matahari, daun disusun secara vertikal atau pada sudut lancip terhadap bidang horizontal. Pada tanaman yang menyukai naungan, daunnya terletak terutama secara horizontal, yang memungkinkan mereka untuk menerima jumlah maksimum cahaya yang datang. Permukaan daun banyak heliophytes mengkilap, berkontribusi pada refleksi sinar, ditutupi dengan lapisan lilin, kutikula tebal atau puber padat.

Daun tanaman yang menyukai naungan dan menyukai cahaya juga berbeda dalam struktur anatomi. Daun muda memiliki lebih banyak jaringan mekanis, bilah daun lebih tebal daripada daun bayangan. Sel mesofil kecil, padat, kloroplas di dalamnya kecil dan ringan, menempati posisi ramping. Mesofil daun dibedakan menjadi jaringan kolumnar dan jaringan bunga karang.

Pada sciophyta, daunnya lebih tipis, kutikula tidak ada atau kurang berkembang. Mesofil tidak dibedakan menjadi jaringan kolumnar dan spons. Ada lebih sedikit elemen jaringan mekanik dan kloroplas di daun bayangan, tetapi mereka lebih besar daripada di heliophyta. Tunas tanaman yang menyukai cahaya sering memiliki ruas pendek, bercabang kuat, sering berbentuk roset.

Adaptasi fisiologis tanaman terhadap cahaya dimanifestasikan dalam perubahan proses pertumbuhan, intensitas fotosintesis, respirasi, transpirasi, komposisi dan jumlah pigmen. Diketahui bahwa pada tanaman yang menyukai cahaya, dengan kekurangan cahaya, batang diregangkan. Daun tanaman yang menyukai naungan mengandung lebih banyak klorofil daripada yang menyukai cahaya, sehingga memiliki warna hijau tua yang lebih jenuh. Intensitas fotosintesis pada heliophyta maksimum pada pencahayaan tinggi (dalam 500–1000 lux dan lebih banyak), dan pada sciophyta, pada jumlah cahaya rendah (50–200 lux).

Salah satu bentuk adaptasi fisiologis tanaman terhadap kekurangan cahaya adalah transisi beberapa spesies ke nutrisi heterotrofik. Contoh tanaman tersebut adalah jenis hutan cemara teduh - gudayera merayap, bersarang nyata, podelnik umum. Mereka hidup dari bahan organik mati, mis. adalah saprofit.

Adaptasi musiman tanaman terhadap kondisi cahaya dimanifestasikan di habitat di mana rezim cahaya berubah secara berkala. Dalam hal ini, tanaman di musim yang berbeda dapat memanifestasikan dirinya sebagai pecinta cahaya atau toleran naungan. Misalnya, pada musim semi di hutan gugur, daun pucuk goutweed biasa memiliki struktur ringan dan ditandai dengan intensitas fotosintesis yang tinggi. Daun pucuk goutweed musim panas, yang berkembang setelah daun pohon dan semak, memiliki struktur bayangan yang khas. Sikap terhadap rezim cahaya pada tanaman dapat berubah dalam proses ontogeni dan sebagai akibat dari pengaruh kompleks faktor lingkungan. Bibit dan tanaman muda dari banyak spesies padang rumput dan hutan lebih toleran terhadap naungan daripada orang dewasa. Persyaratan untuk rezim cahaya terkadang berubah pada tanaman ketika mereka menemukan diri mereka dalam kondisi iklim dan edafik yang berbeda. Misalnya, spesies taiga hutan - blueberry, jagung berdaun ganda - di hutan-tundra dan tundra tumbuh dengan baik di habitat terbuka.

Salah satu faktor yang mengatur perkembangan musiman organisme adalah panjang hari. Kemampuan tumbuhan dan hewan untuk merespon panjang hari disebut reaksi fotoperiodik(FPR), dan rentang fenomena yang diatur oleh panjang hari disebut fotoperiodisme. Menurut jenis reaksi fotoperiodik, kelompok utama tumbuhan berikut dibedakan:

1. tanaman hari pendek, yang membutuhkan kurang dari 12 jam cahaya per hari untuk transisi ke berbunga. Biasanya, ini adalah orang-orang dari wilayah selatan (krisan, dahlia, aster, tembakau, dll.).

2. tanaman hari panjang- untuk berbunga mereka membutuhkan panjang hari 12 jam atau lebih (rami, gandum, kentang, lobak).

3. Netral untuk panjang hari tanaman. Bagi mereka, panjang hari itu acuh tak acuh, pembungaan terjadi berapa lama (dandelion, tomat, mustard, dll.).

Panjang hari tidak hanya mempengaruhi perjalanan fase generatif oleh tanaman, tetapi juga produktivitas dan ketahanannya terhadap penyakit menular. Ini juga memainkan peran penting dalam distribusi geografis tanaman dan pengaturan perkembangan musiman mereka. Spesies yang tersebar di lintang utara sebagian besar merupakan spesies hari panjang, sedangkan di daerah tropis dan subtropis mereka terutama hari pendek atau netral. Namun, pola ini tidak mutlak. Jadi, di pegunungan zona tropis dan subtropis, spesies hari panjang ditemukan. Banyak varietas gandum, rami, barley dan tanaman budidaya lainnya yang berasal dari daerah selatan memiliki FPR hari panjang. Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika suhu turun, tanaman hari panjang dapat berkembang secara normal dalam kondisi hari pendek.

Cahaya dalam kehidupan hewan. Hewan membutuhkan cahaya untuk orientasi di ruang angkasa, itu juga mempengaruhi proses metabolisme, perilaku, dan siklus hidup. Kelengkapan persepsi visual lingkungan tergantung pada tingkat perkembangan evolusioner. Banyak invertebrata hanya memiliki sel peka cahaya yang dikelilingi oleh pigmen, sedangkan yang uniseluler memiliki area sitoplasma yang peka cahaya. Mata paling sempurna dari vertebrata, cumi dan serangga. Mereka memungkinkan Anda untuk melihat bentuk dan ukuran objek, warna, menentukan jarak. Penglihatan tiga dimensi adalah karakteristik manusia, primata, dan beberapa burung (elang, elang, burung hantu). Perkembangan penglihatan dan fitur-fiturnya juga tergantung pada kondisi ekologis dan gaya hidup spesies tertentu. Pada penghuni gua, mata dapat dikurangi seluruhnya atau sebagian, seperti, misalnya, pada kumbang buta, kumbang tanah, Proteus, dll.

Berbagai jenis hewan mampu menahan pencahayaan dengan komposisi, durasi, dan kekuatan spektral tertentu. Bedakan pecinta cahaya dan pecinta naungan, euryphotic dan stenofonik jenis. Mamalia nokturnal dan senja (tikus, tikus, dll.) bertahan di bawah sinar matahari langsung hanya selama 5–30 menit, sementara mamalia siang hari bertahan selama beberapa jam. Namun, di bawah sinar matahari yang cerah, bahkan spesies kadal gurun tidak dapat menahan radiasi untuk waktu yang lama, karena dalam 5-10 menit suhu tubuh mereka naik menjadi + 50-56ºС dan hewan-hewan itu mati. Penerangan telur banyak serangga mempercepat perkembangannya, tetapi hingga batas tertentu (tidak sama untuk spesies yang berbeda), setelah itu perkembangannya berhenti. Adaptasi untuk melindungi dari radiasi matahari yang berlebihan adalah integumen berpigmen dari beberapa organ: pada reptil - rongga perut, organ reproduksi, dll. Hewan menghindari paparan berlebihan dengan pergi ke tempat perlindungan, bersembunyi di tempat teduh, dll.

Perubahan harian dan musiman dalam rezim cahaya tidak hanya menentukan perubahan aktivitas, tetapi juga periode reproduksi, migrasi, dan molting. Munculnya serangga nokturnal dan menghilangnya serangga diurnal pada pagi atau sore hari terjadi pada kecerahan penerangan tertentu untuk masing-masing jenis. Misalnya, kumbang marmer muncul 5-6 menit setelah matahari terbenam. Waktu kebangkitan burung penyanyi bervariasi di musim yang berbeda. Tempat berburu burung berubah tergantung pada pencahayaan. Jadi, pelatuk, payudara, penangkap lalat berburu di kedalaman hutan di siang hari, dan di pagi dan sore hari - di tempat terbuka. Hewan bernavigasi dengan bantuan penglihatan selama penerbangan dan migrasi. Burung dengan akurasi luar biasa memilih arah penerbangan, dipandu oleh matahari dan bintang. Kemampuan bawaan mereka ini diciptakan oleh seleksi alam sebagai sistem naluri. Kemampuan orientasi seperti itu juga merupakan ciri hewan lain, seperti lebah. Lebah yang menemukan nektar menyampaikan informasi kepada orang lain tentang ke mana harus terbang untuk mendapatkan suap, menggunakan matahari sebagai panduan.

Rezim cahaya membatasi distribusi geografis beberapa hewan. Jadi, hari yang panjang selama bulan-bulan musim panas di Kutub Utara dan zona beriklim sedang menarik burung dan beberapa mamalia di sana, karena memungkinkan mereka untuk mendapatkan jumlah makanan yang tepat (payudara, nuthatches, waxwings, dll.), dan di musim gugur mereka bermigrasi ke selatan. Efek sebaliknya diberikan oleh rezim cahaya pada distribusi hewan nokturnal. Di utara mereka jarang, dan di selatan mereka bahkan menang atas spesies diurnal.

Rezim suhu. Intensitas semua reaksi kimia yang membentuk metabolisme tergantung pada kondisi suhu. Oleh karena itu, batas keberadaan kehidupan adalah suhu di mana fungsi normal protein dimungkinkan, rata-rata dari 0 hingga + 50ºС. Namun, ambang batas ini tidak sama untuk berbagai jenis organisme. Karena adanya sistem enzim khusus, beberapa organisme telah beradaptasi untuk hidup pada suhu di luar batas ini. Spesies yang beradaptasi dengan kehidupan dalam kondisi dingin termasuk dalam kelompok ekologi kriofilia. Mereka telah mengembangkan adaptasi biokimia yang memungkinkan mereka untuk mempertahankan metabolisme sel pada suhu rendah, serta melawan atau meningkatkan ketahanan terhadap pembekuan. Untuk menahan pembekuan membantu akumulasi dalam sel-sel zat khusus - antibeku, yang mencegah pembentukan kristal es di dalam tubuh. Adaptasi semacam itu telah ditemukan pada beberapa ikan Arktik dari keluarga Nototheniidae, cod, yang berenang di perairan Samudra Arktik, dengan suhu tubuh -1,86ºС.

Suhu yang sangat rendah di mana aktivitas sel masih memungkinkan telah dicatat dalam mikroorganisme - hingga –10–12ºС. Resistensi pembekuan pada beberapa spesies dikaitkan dengan akumulasi zat organik dalam tubuh mereka, seperti gliserol, manitol, sorbitol, yang mencegah kristalisasi larutan intraseluler, yang memungkinkan mereka bertahan dalam periode beku kritis dalam keadaan tidak aktif (stupor, kriptobiosis) . Jadi, beberapa serangga di negara bagian ini dapat bertahan di musim dingin hingga -47-50ºС. Cryophiles termasuk banyak bakteri, lumut, jamur, lumut, artropoda, dll.

Spesies, yang kehidupan optimalnya terbatas pada area bersuhu tinggi, termasuk dalam kelompok ekologi termofil.

Bakteri paling tahan terhadap suhu tinggi, banyak di antaranya dapat tumbuh dan berkembang biak pada +60–75ºС. Beberapa bakteri yang hidup di sumber air panas tumbuh pada suhu +85-90ºС, dan salah satu jenis archaebacteria ditemukan dapat tumbuh dan membelah pada suhu melebihi +110ºС. Bakteri pembentuk spora dapat bertahan +200ºС dalam keadaan tidak aktif selama puluhan menit. Ada juga spesies termofilik di antara jamur, protozoa, tumbuhan dan hewan, tetapi tingkat ketahanannya terhadap suhu tinggi lebih rendah daripada bakteri. Tanaman stepa dan gurun yang lebih tinggi dapat mentolerir pemanasan jangka pendek hingga +50–60ºС, tetapi fotosintesis mereka sudah dihambat oleh suhu melebihi +40ºС. Pada suhu tubuh +42–43ºС, pada sebagian besar hewan, kematian termal terjadi.

Rezim suhu di lingkungan terestrial sangat bervariasi dan tergantung pada banyak faktor: garis lintang, ketinggian, kedekatan dengan badan air, waktu tahun dan hari, kondisi atmosfer, tutupan vegetasi, dll. Dalam perjalanan evolusi organisme, berbagai adaptasi telah dikembangkan untuk mengatur metabolisme ketika suhu lingkungan berubah. Hal ini dicapai dengan dua cara: 1) penataan ulang biokimia dan fisiologis; 2) menjaga suhu tubuh pada tingkat yang lebih stabil daripada suhu lingkungan. Aktivitas vital sebagian besar spesies bergantung pada panas yang datang dari luar, dan suhu tubuh bergantung pada perjalanan suhu eksternal. Organisme seperti itu disebut poikilotermik. Ini termasuk semua mikroorganisme, tumbuhan, jamur, invertebrata dan sebagian besar chordata. Hanya burung dan mamalia yang mampu mempertahankan suhu tubuh yang konstan terlepas dari suhu lingkungan. Mereka disebut homeotermik.

Adaptasi tanaman terhadap suhu. Ketahanan tanaman terhadap perubahan suhu lingkungan berbeda dan tergantung pada habitat spesifik tempat mereka tinggal. Tumbuhan tingkat tinggi dari zona yang cukup hangat dan cukup dingin eurythermal. Dalam keadaan aktif, mereka mentolerir fluktuasi suhu dari -5 hingga + 55ºС. Pada saat yang sama, ada spesies yang memiliki valensi ekologis yang sangat sempit dalam kaitannya dengan suhu, yaitu. adalah stenotermik. Misalnya, tanaman hutan tropis bahkan tidak dapat mentolerir suhu +5–+8ºС. Beberapa ganggang di salju dan es hanya hidup pada 0ºС. Artinya, kebutuhan panas pada spesies tanaman yang berbeda tidak sama dan bervariasi dalam rentang yang cukup luas.

Spesies yang hidup di tempat dengan suhu tinggi yang konstan, dalam proses evolusi, telah memperoleh adaptasi anatomis, morfologis, dan fisiologis yang bertujuan untuk mencegah panas berlebih.

Adaptasi anatomi dan morfologi utama meliputi: pubertas daun yang lebat, permukaan daun yang mengkilap, yang berkontribusi pada pantulan sinar matahari; pengurangan luas daun, posisi vertikalnya, melipat menjadi tabung, dll. Beberapa spesies mampu mengeluarkan garam, dari mana kristal terbentuk di permukaan tanaman, memantulkan sinar matahari yang jatuh ke atasnya . Dalam kondisi kelembaban yang cukup, transpirasi stomata adalah obat yang efektif untuk panas berlebih. Di antara spesies termofilik, tergantung pada tingkat ketahanannya terhadap suhu tinggi, orang dapat membedakan

1) tidak tahan panas tanaman sudah rusak pada + 30–40ºС;

2) tahan panas- mentolerir pemanasan setengah jam hingga + 50–60ºС (tanaman gurun, stepa, subtropis kering, dll.).

Tanaman di sabana dan hutan kayu kering secara teratur terkena kebakaran ketika suhu bisa naik hingga ratusan derajat. Tumbuhan tahan api disebut pyrophytes. Mereka memiliki kerak tebal pada batangnya, diresapi dengan zat tahan api. Buah dan bijinya memiliki integumen yang tebal dan sering mengalami lignifikasi.

Banyak tanaman hidup pada suhu rendah. Menurut tingkat adaptasi tanaman terhadap kondisi kekurangan panas yang ekstrem, kelompok-kelompok berikut dapat dibedakan:

1) tidak tahan dingin tanaman rusak parah atau mati pada suhu di bawah titik beku air. Ini termasuk tanaman dari daerah tropis;

2) tidak tahan beku tanaman - mentolerir suhu rendah, tetapi mati segera setelah es mulai terbentuk di jaringan (beberapa tanaman subtropis hijau).

3) tanaman tahan beku tumbuh di daerah dengan musim dingin.

Adaptasi morfologis tanaman seperti perawakan pendek dan bentuk pertumbuhan khusus - merayap, berbentuk bantal, yang memungkinkan penggunaan iklim mikro lapisan udara permukaan di musim panas dan dilindungi oleh lapisan salju di musim dingin, meningkatkan ketahanan terhadap suhu rendah.

Yang lebih penting bagi tanaman adalah mekanisme adaptasi fisiologis yang meningkatkan ketahanannya terhadap dingin: gugurnya daun, kematian pucuk di atas tanah, akumulasi antibeku dalam sel, penurunan kadar air dalam sel, dll. Pada tanaman tahan beku, dalam proses persiapan untuk musim dingin, gula, protein, minyak, kadar air dalam sitoplasma berkurang dan viskositasnya meningkat. Semua perubahan ini menurunkan titik beku jaringan.

Banyak tanaman dapat tetap hidup dalam keadaan beku, misalnya, alpine violet, lobak arktik, kutu kayu, daisy, ephemeroid awal musim semi di zona hutan, dll.

Lumut dan lumut kerak mampu mentolerir pembekuan yang berkepanjangan dalam keadaan mati suri. Yang sangat penting dalam adaptasi tanaman terhadap suhu rendah adalah kemungkinan mempertahankan aktivitas vital normal dengan mengurangi suhu optimum proses fisiologis dan batas suhu yang lebih rendah di mana proses ini dimungkinkan.

Di daerah beriklim sedang dan lintang tinggi, karena perubahan musim dalam kondisi iklim, tanaman dalam siklus perkembangan tahunan berganti-ganti fase aktif dan tidak aktif. Tanaman tahunan setelah akhir musim tanam bertahan di musim dingin dalam bentuk biji, dan tanaman keras menjadi tidak aktif. Membedakan dalam dan terpaksa perdamaian. Tanaman yang berada dalam keadaan dormansi yang dalam tidak merespons kondisi termal yang menguntungkan. Setelah akhir dormansi yang dalam, tanaman siap untuk memulai kembali perkembangan, tetapi di alam di musim dingin tidak mungkin karena suhu rendah. Oleh karena itu, fase ini disebut istirahat paksa.

Adaptasi hewan terhadap suhu. Dibandingkan dengan tumbuhan, hewan memiliki kemampuan yang lebih bervariasi untuk mengatur suhu tubuh mereka karena kemampuan untuk bergerak di ruang angkasa dan menghasilkan lebih banyak panas internal mereka sendiri.

Cara utama adaptasi hewan:

1) termoregulasi kimia- ini adalah peningkatan refleks dalam produksi panas sebagai respons terhadap penurunan suhu lingkungan, berdasarkan tingkat metabolisme yang tinggi;

2) termoregulasi fisik- dilakukan karena kemampuan menahan panas karena fitur khusus struktur (adanya penutup rambut dan bulu, distribusi cadangan lemak, dll.) dan perubahan tingkat perpindahan panas;

3) termoregulasi perilaku- ini adalah pencarian habitat yang menguntungkan, perubahan postur, pembangunan tempat perlindungan, sarang, dll.

Untuk hewan poikilothermic, cara utama untuk mengatur suhu tubuh adalah perilaku. Dalam panas yang ekstrem, hewan bersembunyi di tempat teduh, liang. Saat musim dingin mendekat, mereka mencari perlindungan, membangun sarang, dan mengurangi aktivitas mereka. Beberapa spesies mampu mempertahankan suhu tubuh yang optimal karena kerja otot. Misalnya, lebah menghangatkan tubuh dengan kontraksi otot khusus, yang memungkinkan mereka makan dalam cuaca dingin. Beberapa hewan poikilothermic menghindari panas berlebih dengan meningkatkan kehilangan panas melalui penguapan. Misalnya, katak, kadal dalam cuaca panas mulai bernapas berat atau membuka mulutnya, meningkatkan penguapan air melalui selaput lendir.

Hewan homeotermik dicirikan oleh pengaturan masukan dan keluaran panas yang sangat efisien, yang memungkinkan mereka mempertahankan suhu tubuh optimal yang konstan. Mekanisme termoregulasi mereka sangat beragam. Mereka cenderung termoregulasi kimia, ditandai dengan tingkat metabolisme yang tinggi dan produksi sejumlah besar panas. Tidak seperti hewan poikilothermic, pada hewan berdarah panas, di bawah aksi dingin, proses oksidatif tidak melemah, tetapi meningkat. Pada banyak hewan, panas tambahan dihasilkan karena otot dan jaringan adiposa. Mamalia memiliki jaringan adiposa coklat khusus, di mana semua energi yang dilepaskan digunakan untuk memanaskan tubuh. Ini paling berkembang pada hewan dari iklim dingin. Mempertahankan suhu tubuh dengan meningkatkan produksi panas membutuhkan pengeluaran energi yang besar, sehingga hewan dengan peningkatan regulasi kimia membutuhkan makanan dalam jumlah besar atau menghabiskan banyak cadangan lemak. Oleh karena itu, penguatan regulasi kimia memiliki batasan karena kemungkinan memperoleh makanan. Dengan kurangnya makanan di musim dingin, cara termoregulasi ini secara ekologis tidak menguntungkan.

Termoregulasi fisik lingkungan lebih menguntungkan, karena adaptasi terhadap dingin dilakukan dengan mempertahankan panas dalam tubuh hewan. Faktornya adalah kulit, bulu tebal mamalia, bulu dan bulu unggas, lemak tubuh, penguapan air melalui keringat atau melalui selaput lendir rongga mulut dan saluran pernapasan bagian atas, ukuran dan bentuk tubuh hewan. Untuk mengurangi perpindahan panas, ukuran tubuh yang besar lebih menguntungkan (semakin besar tubuh, semakin kecil permukaannya per satuan massa, dan, akibatnya, perpindahan panas, dan sebaliknya). Untuk alasan ini, individu dari spesies hewan berdarah panas yang berkerabat dekat yang hidup dalam kondisi dingin lebih besar daripada yang umum di iklim hangat. Pola ini diberi nama Aturan Bergman. Pengaturan suhu juga dilakukan melalui bagian tubuh yang menonjol - daun telinga, anggota badan, ekor, organ penciuman. Di daerah dingin, mereka cenderung lebih kecil daripada di daerah yang lebih hangat ( aturan Allen). Untuk organisme homoiothermic, itu juga penting metode perilaku termoregulasi, yang sangat beragam - mulai dari perubahan postur dan pencarian shelter hingga pembangunan shelter kompleks, sarang, dan penerapan migrasi dekat dan jauh. Beberapa hewan berdarah panas menggunakan perilaku kelompok. Misalnya, penguin dalam cuaca beku yang parah berkerumun bersama dalam tumpukan yang padat. Di dalam cluster seperti itu, suhu dipertahankan sekitar + 37ºС bahkan di salju yang paling parah. Unta di gurun dalam panas yang ekstrim juga berkerumun, tetapi ini dicapai dengan mencegah pemanasan yang kuat dari permukaan tubuh.

Kombinasi berbagai metode termoregulasi kimia, fisik, dan perilaku memungkinkan hewan berdarah panas untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan dalam berbagai fluktuasi suhu lingkungan.

rezim air. Fungsi normal tubuh hanya dimungkinkan dengan suplai air yang cukup. Mode kelembaban di lingkungan darat-udara sangat beragam - dari saturasi penuh udara dengan uap air di daerah tropis lembab hingga hampir tidak adanya kelembaban di udara dan di tanah gurun. Misalnya, di gurun Sinai, curah hujan tahunan adalah 10-15 mm, dan di gurun Libya (di Aswan) tidak terjadi sama sekali. Pasokan air organisme terestrial tergantung pada mode presipitasi, ketersediaan cadangan kelembaban tanah, reservoir, tingkat air tanah, medan, fitur sirkulasi atmosfer, dll. Ini telah menyebabkan pengembangan banyak adaptasi organisme terestrial terhadap berbagai kelembaban habitat. rezim.

Adaptasi tanaman terhadap rezim air. Tumbuhan dataran rendah menyerap air dari substrat oleh bagian thallus atau rizoid yang terbenam di dalamnya, dan kelembaban dari atmosfer - oleh seluruh permukaan tubuh.

Di antara tumbuhan tingkat tinggi, lumut menyerap air dari tanah dengan rizoid atau bagian bawah batang (sphagnum mosses), dan sebagian besar lainnya dengan akar. Aliran air ke dalam tanaman tergantung pada besarnya daya hisap sel-sel akar, derajat percabangan sistem akar, dan kedalaman penetrasi akar ke dalam tanah. Sistem akar sangat plastis dan bereaksi terhadap perubahan kondisi, terutama kelembaban.

Dengan kurangnya kelembaban di cakrawala permukaan tanah, banyak tanaman memiliki sistem akar yang menembus jauh ke dalam tanah, tetapi bercabang lemah, seperti, misalnya, di saxaul, duri unta, pinus Skotlandia, bunga jagung kasar, dll. sereal, sebaliknya, sistem akar bercabang kuat dan tumbuh di lapisan permukaan tanah (dalam gandum hitam, gandum, rumput bulu, dll.). Air yang masuk ke dalam tumbuhan dibawa melalui xilem ke seluruh organ tubuh dimana air tersebut digunakan untuk proses kehidupan. Rata-rata, 0,5% digunakan untuk fotosintesis, dan sisanya - untuk mengisi kembali kehilangan akibat penguapan dan mempertahankan turgor. Neraca air tanaman tetap seimbang jika penyerapan air, konduksi dan pengeluarannya dikoordinasikan secara harmonis satu sama lain. Tergantung pada kemampuan mengatur keseimbangan air tubuhnya, tumbuhan darat dibagi menjadi: poikilohidrida dan homoiohidrida.

tumbuhan poikilohidrid tidak dapat secara aktif mengatur keseimbangan air mereka. Mereka tidak memiliki perangkat yang membantu menahan air di jaringan. Kandungan air dalam sel ditentukan oleh kelembaban udara dan tergantung pada fluktuasinya. Tanaman poikilohydrid termasuk ganggang darat, lumut, beberapa lumut, dan pakis hutan hujan. Selama musim kemarau, tanaman ini mengering hampir kering, tetapi setelah hujan mereka “hidup kembali” dan berubah menjadi hijau.

Tumbuhan homoyohidrid mampu mempertahankan kadar air yang relatif konstan di dalam sel. Ini termasuk sebagian besar tanaman dataran tinggi. Mereka memiliki vakuola sentral yang besar di dalam selnya, sehingga selalu ada persediaan air. Selain itu, transpirasi diatur oleh alat stomata, dan pucuk ditutupi dengan epidermis dengan kutikula yang tidak permeabel terhadap air.

Namun, kemampuan tanaman untuk mengatur metabolisme airnya tidak sama. Tergantung pada kemampuan beradaptasi mereka terhadap kondisi kelembaban habitat, tiga kelompok ekologi utama dibedakan: hygrophytes, xerophytes dan mesophytes.

higrofit- ini adalah tanaman habitat basah: rawa, padang rumput dan hutan lembab, tepi waduk. Mereka tidak tahan kekurangan air, mereka bereaksi terhadap penurunan kelembaban tanah dan udara dengan layu cepat atau penghambatan pertumbuhan. Bilah daunnya lebar, tanpa kutikula yang tebal. Sel mesofil terletak longgar, di antara mereka ada ruang antar sel yang besar. Stomata hygrophytes biasanya terbuka lebar dan sering terletak di kedua sisi helaian daun. Akibatnya, tingkat transpirasi mereka sangat tinggi. Pada beberapa tanaman di habitat yang sangat lembab, kelebihan air dihilangkan melalui hidatoda (stomata air) yang terletak di sepanjang tepi daun. Kelembaban tanah yang berlebihan menyebabkan penurunan kandungan oksigen di dalamnya, yang membuat pernapasan dan fungsi hisap akar menjadi sulit. Oleh karena itu, akar higrofit terletak di cakrawala permukaan tanah, bercabang lemah, dan hanya ada sedikit bulu akar di atasnya. Organ banyak higrofit herba memiliki sistem ruang antar sel yang berkembang dengan baik melalui mana udara atmosfer masuk. Pada tanaman yang hidup di tanah yang sangat tergenang air, secara berkala dibanjiri air, akar pernapasan khusus terbentuk, seperti, misalnya, di cemara rawa, atau yang mendukung, seperti pada tanaman kayu bakau.

Xerofit mampu mentolerir kekeringan berkepanjangan yang signifikan dari udara dan tanah dalam keadaan aktif. Mereka didistribusikan secara luas di stepa, gurun, subtropis kering, dll. Di zona iklim sedang, mereka menetap di tanah berpasir kering dan berpasir, di daerah relief yang tinggi. Kemampuan xerophytes untuk mentolerir kekurangan kelembaban adalah karena fitur anatomi, morfologi dan fisiologisnya. Atas dasar ini, mereka dibagi menjadi dua kelompok: sukulen dan sclerofit.

sukulen- tanaman tahunan dengan daun atau batang berdaging sukulen, di mana jaringan penyimpanan air sangat berkembang. Ada sukulen daun - lidah buaya, agave, stonecrop, muda dan batang, di mana daunnya berkurang, dan bagian tanah diwakili oleh batang berdaging (kaktus, beberapa taji). Ciri khas sukulen adalah kemampuan untuk menyimpan sejumlah besar air dan menggunakannya dengan sangat hemat. Laju transpirasi mereka sangat rendah, karena stomata sangat sedikit, mereka sering terbenam dalam jaringan daun atau batang dan biasanya tertutup pada siang hari, yang membantu mereka membatasi konsumsi air. Menutup stomata pada siang hari menyebabkan kesulitan dalam proses fotosintesis dan pertukaran gas, oleh karena itu, sukulen telah mengembangkan cara fotosintesis khusus, di mana karbon dioksida yang dilepaskan selama respirasi sebagian digunakan. Dalam hal ini, intensitas fotosintesis di dalamnya rendah, yang dikaitkan dengan pertumbuhan yang lambat dan daya saing yang agak rendah. Sukulen dicirikan oleh tekanan osmotik yang rendah dari getah sel, dengan pengecualian yang tumbuh di tanah salin. Sistem akar mereka dangkal, sangat bercabang dan tumbuh cepat.

Sclerophytes adalah tanaman yang keras dan tampak kering karena sejumlah besar jaringan mekanis dan penyiraman daun dan batang yang rendah. Daun banyak spesies kecil, sempit atau berkurang menjadi sisik, duri; sering memiliki puber padat (cakar kucing, cinquefoil perak, banyak apsintus, dll.) atau lapisan lilin (bunga jagung Rusia, dll.). Sistem akarnya berkembang dengan baik dan seringkali massa totalnya berkali-kali lebih besar daripada bagian tanaman di atas tanah. Berbagai adaptasi fisiologis juga membantu sclerophytes berhasil menahan kekurangan kelembaban: tekanan osmotik yang tinggi dari getah sel, ketahanan terhadap dehidrasi jaringan, kapasitas penyimpanan air yang tinggi dari jaringan dan sel, karena viskositas sitoplasma yang tinggi. Banyak sclerophytes menggunakan periode yang paling menguntungkan dalam setahun untuk vegetasi, dan ketika kekeringan terjadi, mereka secara tajam mengurangi proses vital. Semua sifat xerophytes di atas berkontribusi pada toleransi kekeringannya.

Mesofit tumbuh dalam kondisi kelembaban sedang. Mereka lebih menuntut kelembaban daripada xerophytes, dan kurang dari hygrophytes. Jaringan daun mesofit dibedakan menjadi parenkim kolumnar dan parenkim bunga karang. Jaringan integumen mungkin memiliki beberapa fitur xeromorfik (pubertas jarang, lapisan kutikula menebal). Tetapi mereka kurang menonjol daripada di xerophytes. Sistem akar dapat menembus jauh ke dalam tanah atau terletak di cakrawala permukaan. dalam hal kebutuhan ekologi mereka, mesofit adalah kelompok yang sangat beragam. Jadi, di antara mesofit padang rumput dan hutan ada spesies dengan cinta kelembaban yang meningkat, yang dicirikan oleh kandungan air yang tinggi dalam jaringan dan kemampuan menahan air yang agak lemah. Ini adalah ekor rubah padang rumput, bluegrass rawa, padang rumput soddy, golokuchnik Linnaeus dan banyak lainnya.

Di habitat dengan kekurangan kelembaban secara berkala atau konstan (sedikit), mesofit memiliki tanda-tanda organisasi xeromorfik dan peningkatan ketahanan fisiologis terhadap kekeringan. Contoh tanaman tersebut adalah oak bertangkai, semanggi gunung, pisang raja sedang, alfalfa sabit, dll.

Adaptasi hewan. Sehubungan dengan rezim air di antara hewan, higrofil (menyukai kelembaban), xerofil (menyukai kering) dan mesofil (lebih menyukai kondisi kelembaban rata-rata) dapat dibedakan. Contoh higrofil adalah kutu kayu, nyamuk, ekor pegas, capung, dll. Semuanya tidak mentolerir defisit air yang signifikan dan bahkan tidak mentolerir kekeringan jangka pendek. Biawak, unta, belalang gurun, kumbang hitam, dll. bersifat xerophilous.Mereka mendiami habitat yang paling gersang.

Hewan memperoleh air melalui minum, makanan, dan melalui oksidasi bahan organik. Banyak mamalia dan burung (gajah, singa, hyena, burung layang-layang, burung walet, dll.) membutuhkan air minum. Spesies gurun seperti jerboa, gerbil Afrika, dan tikus kanguru Amerika dapat hidup tanpa air minum. Ulat ngengat pakaian, lumbung dan bonggol padi dan banyak lainnya hidup semata-mata karena metabolisme air.

Hewan dicirikan dengan cara mengatur keseimbangan air: morfologis, fisiologis, perilaku.

Ke secara morfologi metode menjaga keseimbangan air termasuk formasi yang membantu menahan air dalam tubuh: cangkang siput darat, integumen reptil yang terkeratinisasi, permeabilitas air yang buruk pada integumen pada serangga, dll. Hal ini menunjukkan bahwa permeabilitas integumen serangga tidak tergantung pada struktur kitin, tetapi ditentukan oleh lapisan lilin tertipis yang menutupi permukaannya. Penghancuran lapisan ini secara dramatis meningkatkan penguapan melalui penutup.

Ke fisiologis Adaptasi untuk pengaturan metabolisme air meliputi kemampuan untuk membentuk kelembaban metabolik, menghemat air saat mengeluarkan urin dan feses, ketahanan terhadap dehidrasi, perubahan keringat dan kehilangan air melalui selaput lendir. Konservasi air dalam saluran pencernaan dicapai dengan penyerapan air oleh usus dan pembentukan tinja yang hampir dehidrasi. Pada burung dan reptil, produk akhir metabolisme nitrogen adalah asam urat, yang pembuangannya praktis tidak menggunakan air. Regulasi aktif keringat dan penguapan kelembaban dari permukaan saluran pernapasan banyak digunakan oleh hewan homeotermik. Misalnya, pada unta, dalam kasus kekurangan kelembaban yang paling ekstrem, keringat berhenti dan penguapan dari saluran pernapasan berkurang tajam, yang menyebabkan retensi air dalam tubuh. Penguapan yang terkait dengan kebutuhan termoregulasi dapat menyebabkan dehidrasi tubuh, sehingga banyak hewan kecil berdarah panas di iklim kering dan panas menghindari paparan panas dan menghemat kelembapan dengan bersembunyi di bawah tanah.

Pada hewan poikilothermic, peningkatan suhu tubuh setelah pemanasan udara menghindari kehilangan air yang berlebihan, tetapi mereka tidak dapat sepenuhnya menghindari kehilangan melalui penguapan. Oleh karena itu, untuk hewan berdarah dingin, cara utama untuk menjaga keseimbangan air selama hidup dalam kondisi kering adalah dengan menghindari beban panas yang berlebihan. Oleh karena itu, dalam kompleks adaptasi terhadap rezim air lingkungan terestrial, cara berperilaku pengaturan keseimbangan air. Ini termasuk bentuk perilaku khusus: menggali lubang, mencari badan air, memilih habitat, dll. Ini sangat penting untuk hewan herbivora dan granivora. Bagi banyak dari mereka, keberadaan badan air merupakan prasyarat untuk menetap di daerah kering. Misalnya, penyebaran spesies di gurun pasir seperti kerbau Cape, waterbuck, dan beberapa antelop sepenuhnya bergantung pada ketersediaan tempat berair. Banyak reptil dan mamalia kecil hidup di liang di mana suhu yang relatif rendah dan kelembaban yang tinggi mendorong pertukaran air. Burung sering menggunakan lubang, mahkota pohon yang rindang, dll.