Život na zemi si vyžadoval také úpravy, aké boli možné len vo vysoko organizovaných živých organizmoch. Prostredie zem-vzduch je na život náročnejšie, vyznačuje sa vysokým obsahom kyslíka, malým množstvom vodnej pary, nízkou hustotou atď. To výrazne zmenilo podmienky dýchania, výmeny vody a pohybu živých bytostí.

Nízka hustota vzduchu určuje jeho nízku zdvíhaciu silu a zanedbateľnú nosnosť. Vzdušné organizmy musia mať svoj vlastný podporný systém, ktorý podporuje telo: rastliny - rôzne mechanické tkanivá, zvieratá - pevná alebo hydrostatická kostra. Okrem toho sú všetci obyvatelia vzdušného prostredia úzko spätí s povrchom zeme, ktorý im slúži na pripevnenie a oporu.

Nízka hustota vzduchu poskytuje nízky odpor pohybu. Preto mnohé suchozemské zvieratá nadobudli schopnosť lietať. 75% všetkých suchozemských tvorov, najmä hmyzu a vtákov, sa prispôsobilo aktívnemu letu.

Vďaka pohyblivosti vzduchu, vertikálnym a horizontálnym prúdom vzdušných hmôt existujúcich v nižších vrstvách atmosféry je možný pasívny let organizmov. V tomto ohľade sa u mnohých druhov vyvinula anemochory - presídlenie pomocou prúdov vzduchu. Anemochória je charakteristická pre spóry, semená a plody rastlín, cysty prvokov, drobný hmyz, pavúky atď. Organizmy pasívne transportované vzdušnými prúdmi sa súhrnne nazývajú aeroplanktón.

Suchozemské organizmy existujú v podmienkach relatívne nízkeho tlaku v dôsledku nízkej hustoty vzduchu. Normálne sa rovná 760 mmHg. So stúpajúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Nízky tlak môže obmedziť rozšírenie druhov v horách. Pre stavovce je horná hranica života asi 60 mm. Zníženie tlaku má za následok zníženie prísunu kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenia dychovej frekvencie. Približne rovnaké limity postupu v horách majú vyššie rastliny. O niečo odolnejšie sú článkonožce, ktoré možno nájsť na ľadovcoch nad vegetačnou líniou.

Plynné zloženie vzduchu. Pre existenciu suchozemských organizmov sú okrem fyzikálnych vlastností ovzdušia veľmi dôležité aj jeho chemické vlastnosti. Plynné zloženie vzduchu v povrchovej vrstve atmosféry je pomerne homogénne, pokiaľ ide o obsah hlavných zložiek (dusík - 78,1%, kyslík - 21,0%, argón - 0,9%, oxid uhličitý - 0,003% objemu).

Vysoký obsah kyslíka prispel k zvýšeniu metabolizmu suchozemských organizmov v porovnaní s primárnymi vodnými organizmami. Práve v suchozemskom prostredí na základe vysokej účinnosti oxidačných procesov v organizme vznikla živočíšna homeotermia. Kyslík pre svoj neustále vysoký obsah vo vzduchu nie je limitujúcim faktorom pre život v suchozemskom prostredí.

Obsah oxidu uhličitého sa môže v určitých oblastiach povrchovej vrstvy vzduchu meniť v pomerne významných medziach. Zvýšená saturácia vzduchu CO? sa vyskytuje v zónach sopečnej činnosti, v blízkosti termálnych prameňov a iných podzemných vývodov tohto plynu. Vo vysokých koncentráciách je oxid uhličitý toxický. V prírode sú takéto koncentrácie zriedkavé. Nízky obsah CO 2 brzdí proces fotosyntézy. Vo vnútorných podmienkach môžete zvýšiť rýchlosť fotosyntézy zvýšením koncentrácie oxidu uhličitého. Toto sa používa v praxi skleníkov a skleníkov.

Vzdušný dusík je pre väčšinu obyvateľov suchozemského prostredia inertný plyn, no jednotlivé mikroorganizmy (uzlinové baktérie, dusíkaté baktérie, modrozelené riasy a pod.) ho majú schopnosť viazať a zapájať do biologického kolobehu látok.

Nedostatok vlhkosti je jednou zo základných čŕt prízemného a vzdušného prostredia života. Celý vývoj suchozemských organizmov sa niesol v znamení prispôsobovania sa získavaniu a uchovávaniu vlahy. Spôsoby vlhkosti prostredia na súši sú veľmi rôznorodé - od úplného a neustáleho nasýtenia vzduchu vodnou parou v niektorých oblastiach trópov až po ich takmer úplnú absenciu v suchom vzduchu púští. Významná je aj denná a sezónna variabilita obsahu vodnej pary v atmosfére. Zásoba suchozemských organizmov vodou závisí aj od spôsobu zrážok, prítomnosti nádrží, zásob pôdnej vlhkosti, blízkosti podzemnej vody a pod.

To viedlo k rozvoju adaptácií suchozemských organizmov na rôzne režimy zásobovania vodou.

Teplotný režim. Ďalším charakteristickým znakom prostredia vzduch-zem je výrazné kolísanie teploty. Vo väčšine oblastí sú denné a ročné amplitúdy teploty desiatky stupňov. Odolnosť suchozemských obyvateľov voči zmenám teploty v prostredí je veľmi rozdielna v závislosti od konkrétneho biotopu, v ktorom žijú. Vo všeobecnosti sú však suchozemské organizmy oveľa eurytermnejšie ako vodné organizmy.

Podmienky života v prostredí zem-vzduch komplikuje navyše existencia zmien počasia. Počasie - plynule sa meniace stavy atmosféry v blízkosti zapožičaného povrchu, do výšky cca 20 km (hranica troposféry). Premenlivosť počasia sa prejavuje neustálym kolísaním kombinácie takých faktorov prostredia, ako je teplota, vlhkosť vzduchu, oblačnosť, zrážky, sila a smer vetra atď. Klímu oblasti charakterizuje dlhodobý poveternostný režim. Pojem „klíma“ zahŕňa nielen priemerné hodnoty meteorologických javov, ale aj ich ročný a denný priebeh, odchýlky od neho a ich frekvenciu. Podnebie je určené geografickými podmienkami oblasti. Hlavné klimatické faktory – teplota a vlhkosť – sa merajú množstvom zrážok a nasýtenosťou vzduchu vodnou parou.

Pre väčšinu suchozemských organizmov, najmä malých, nie je taká dôležitá klíma oblasti, ako podmienky ich bezprostredného biotopu. Veľmi často lokálne prvky prostredia (reliéf, expozícia, vegetácia a pod.) menia režim teplôt, vlhkosti, svetla, pohybu vzduchu v určitom území tak, že sa výrazne odlišujú od klimatických podmienok územia. Takéto zmeny klímy, ktoré sa formujú v povrchovej vrstve vzduchu, sa nazývajú mikroklíma. V každej zóne je mikroklíma veľmi rôznorodá. Je možné rozlíšiť mikroklímu veľmi malých oblastí.

Svetelný režim prostredia zem-vzduch má tiež niektoré vlastnosti. Intenzita a množstvo svetla sú tu najväčšie a prakticky neobmedzujú život zelených rastlín ako vo vode alebo v pôde. Na súši je možná existencia extrémne fotofilných druhov. Pre veľkú väčšinu suchozemských živočíchov s dennou a dokonca nočnou aktivitou je zrak jedným z hlavných spôsobov orientácie. U suchozemských zvierat je zrak nevyhnutný na nájdenie koristi a mnohé druhy majú dokonca farebné videnie. V tomto ohľade sa u obetí rozvíjajú také adaptívne črty, ako je obranná reakcia, maskovacie a varovné sfarbenie, mimika atď. Vo vodnom živote sú takéto prispôsobenia oveľa menej rozvinuté. Vznik pestrofarebných kvetov vyšších rastlín súvisí aj so zvláštnosťami aparátu opeľovačov a v konečnom dôsledku aj so svetelným režimom prostredia.

Reliéf terénu a vlastnosti pôdy sú tiež podmienkami pre život suchozemských organizmov a v prvom rade rastlín. Vlastnosti zemského povrchu, ktoré majú ekologický dopad na jej obyvateľov, spájajú „edafické faktory prostredia“ (z gréckeho „edafos“ – „pôda“).

Vo vzťahu k rôznym vlastnostiam pôd možno rozlíšiť množstvo ekologických skupín rastlín. Takže podľa reakcie na kyslosť pôdy rozlišujú:

1) acidofilné druhy - rastú na kyslých pôdach s pH najmenej 6,7 (rastliny rašelinníkov);

2) neutrofilné - majú tendenciu rásť na pôdach s pH 6,7–7,0 (väčšina kultúrnych rastlín);

3) bazifilné - rastú pri pH vyššom ako 7,0 (mordovnik, sasanka lesná);

4) ľahostajný - môže rásť na pôdach s rôznymi hodnotami pH (konvalinka).

Rastliny sa líšia aj vo vzťahu k pôdnej vlhkosti. Niektoré druhy sú obmedzené na rôzne substráty, napríklad petrofyty rastú na kamenistých pôdach a pasmofyty obývajú voľne tečúce piesky.

Terén a povaha pôdy ovplyvňujú špecifiká pohybu zvierat: napríklad kopytníkov, pštrosov, dropov žijúcich na otvorených priestranstvách, tvrdej pôde, aby sa zvýšil odpor pri behu. U jašteríc, ktoré žijú vo sypkých pieskoch, sú prsty lemované nadržanými šupinami, ktoré zvyšujú oporu. Pre suchozemských obyvateľov kopajúcich diery je hustá pôda nepriaznivá. Povaha pôdy v určitých prípadoch ovplyvňuje rozšírenie suchozemských živočíchov, ktoré si vyhrabávajú jamy alebo sa zahrabávajú do zeme, prípadne kladú do pôdy vajíčka atď.



Biotop zem-vzduch počas evolúcie bol študovaný oveľa neskôr ako ten vodný. Jeho charakteristickým znakom je, že je plynný, preto v kompozícii prevláda významný obsah kyslíka, ako aj nízky tlak, vlhkosť a hustota.

Po dlhú dobu takéhoto evolučného procesu si flóra a fauna potrebovali formovať určité správanie a fyziológiu, anatomické a iné úpravy, dokázali sa prispôsobiť zmenám okolitého sveta.

Charakteristický

Prostredie sa vyznačuje:

• Neustále zmeny teploty a vlhkosti vo vzduchu;
• Plynulosť denného času a ročných období;
• Veľká intenzita svetla;
• Závislosť faktorov územnej polohy.

Zvláštnosti

Charakteristickým rysom prostredia je, že rastliny sa môžu zakoreniť v zemi a zvieratá sa môžu pohybovať v priestore vzduchu a pôdy. Všetky rastliny majú prieduchový aparát, pomocou ktorého môžu suchozemské organizmy sveta odoberať kyslík priamo zo vzduchu. Nízka vlhkosť vzduchu a prevládajúca prítomnosť kyslíka v ňom viedli k objaveniu sa dýchacích orgánov u zvierat - priedušnice a pľúc. Dobre vyvinutá kostrová štruktúra umožňuje nezávislý pohyb na zemi a poskytuje silnú oporu pre telo a orgány, vzhľadom na nízku hustotu prostredia.

Zvieratá

V prostredí zem-vzduch žije prevažná časť živočíšnych druhov: vtáky, zvieratá, plazy a hmyz.

Adaptácia a kondícia (príklady)

Živé organizmy vyvinuli určité prispôsobenia negatívnym faktorom okolitého sveta: prispôsobenie sa teplotným a klimatickým zmenám, špeciálna stavba tela, termoregulácia, ako aj zmena a dynamika životných cyklov. Napríklad niektoré rastliny, aby si udržali svoj normálny stav v období chladu a sucha, menia výhonky a koreňové systémy. V koreňoch zeleniny - repa a mrkva, v listoch kvetov - aloe, v cibuľke tulipánu a póru sa ukladajú živiny a vlhkosť.

Aby sa telesná teplota v lete a v zime nezmenila, zvieratá vyvinuli špeciálny systém výmeny tepla a termoregulácie s vonkajším svetom. Rastliny vyvinuli peľ a semená prenášané vetrom na rozmnožovanie. Tieto rastliny majú jedinečnú polohu, aby zlepšili vlastnosti peľu, čo vedie k efektívnemu opeľovaniu. Zvieratá získali cieľavedomú mobilitu na získavanie potravy. Vytvorilo sa absolútne mechanické, funkčné a zdrojové spojenie so zemou.

• Obmedzeným faktorom pre obyvateľov životného prostredia je nedostatok vodných zdrojov.
• Živé organizmy môžu meniť tvar tela kvôli nízkej hustote vzduchu. Napríklad pre zvieratá je dôležitá tvorba kostrových častí, zatiaľ čo vtáky vyžadujú hladký tvar krídel a stavbu tela.
• Rastliny potrebujú flexibilné spojivové tkanivá, ako aj prítomnosť charakteristického tvaru koruny a kvetov.
• Za získanie funkcie teplokrvnosti vďačia vtáky a cicavce prítomnosti vlastností vzduchu – tepelnej vodivosti, tepelnej kapacity.

zistenia

Biotop zem-vzduch je neobvyklý z hľadiska faktorov prostredia. Pobyt zvierat a rastlín v ňom je možný vďaka vzhľadu a tvorbe mnohých úprav v nich. Všetci obyvatelia sú neoddeliteľní od povrchu zeme pre upevnenie a stabilnú podporu. V tomto ohľade je pôda neoddeliteľná od vodného a suchozemského prostredia, ktoré zohráva veľkú úlohu v evolúcii sveta zvierat a rastlín.

Pre mnohých jedincov to bol most, cez ktorý organizmy vodných zdrojov prešli do pozemských životných podmienok a tým si podmanili krajinu. Rozloženie flóry a fauny po celej planéte závisí od zloženia pôdy a terénu v závislosti od spôsobu života.

V poslednom čase sa vplyvom ľudskej činnosti mení prostredie zem-vzduch. Ľudia umelo pretvárajú prírodnú krajinu, počet a veľkosť vodných plôch. V takejto situácii sa mnohé organizmy nedokážu rýchlo prispôsobiť novým životným podmienkam. Na to je potrebné pamätať a zastaviť negatívne zasahovanie ľudí do prízemného a vzdušného biotopu živočíchov a rastlín!

Habitat zem-vzduch

V priebehu evolúcie bolo toto prostredie zvládnuté neskôr ako voda. Faktory prostredia v suchovzdušnom prostredí sa od ostatných biotopov líšia vysokou intenzitou svetla, výraznými výkyvmi teploty a vlhkosti vzduchu, koreláciou všetkých faktorov s geografickou polohou, zmenou ročných období a dennej doby. Prostredie je plynné, preto sa vyznačuje nízkou vlhkosťou, hustotou a tlakom, vysokým obsahom kyslíka.

Charakterizácia abiotických faktorov prostredia svetlo, teplota, vlhkosť - viď predchádzajúca prednáška.

Zloženie plynu v atmosfére je tiež dôležitým klimatickým faktorom. Približne pred 3-3,5 miliardami rokov atmosféra obsahovala dusík, čpavok, vodík, metán a vodnú paru a nenachádzal sa v nej voľný kyslík. Zloženie atmosféry do značnej miery určovali sopečné plyny.

V súčasnosti sa atmosféra skladá hlavne z dusíka, kyslíka a relatívne menšieho množstva argónu a oxidu uhličitého. Všetky ostatné plyny prítomné v atmosfére sú obsiahnuté len v stopových množstvách. Pre biotu je obzvlášť dôležitý relatívny obsah kyslíka a oxidu uhličitého.

Vysoký obsah kyslíka prispel k zvýšeniu metabolizmu suchozemských organizmov v porovnaní s primárnymi vodnými organizmami. Práve v suchozemskom prostredí na základe vysokej účinnosti oxidačných procesov v organizme vznikla živočíšna homoiotermia. Kyslík pre svoj neustále vysoký obsah vo vzduchu nie je faktorom obmedzujúcim život v suchozemskom prostredí. Len miestami, za špecifických podmienok, vzniká prechodný deficit, napríklad v nahromadení hnijúcich rastlinných zvyškov, zásobách obilia, múky a pod.

Obsah oxidu uhličitého sa môže v určitých oblastiach povrchovej vrstvy vzduchu meniť v pomerne významných medziach. Napríklad pri absencii vetra v centre veľkých miest sa jeho koncentrácia desaťnásobne zvyšuje. Denné zmeny obsahu oxidu uhličitého v povrchových vrstvách sú pravidelné, spojené s rytmom fotosyntézy rastlín a sezónne, vplyvom zmien intenzity dýchania živých organizmov, najmä mikroskopického osídlenia pôd. K zvýšenému nasýteniu vzduchu oxidom uhličitým dochádza v zónach sopečnej činnosti, v blízkosti termálnych prameňov a iných podzemných vývodov tohto plynu. Nízky obsah oxidu uhličitého brzdí proces fotosyntézy. Vo vnútorných podmienkach možno rýchlosť fotosyntézy zvýšiť zvýšením koncentrácie oxidu uhličitého; toto sa používa v praxi skleníkov a skleníkov.

Vzdušný dusík je pre väčšinu obyvateľov suchozemského prostredia inertný plyn, ale schopnosť ho viazať a zapájať do biologického cyklu má množstvo mikroorganizmov (uzlinové baktérie, Azotobacter, klostrídie, modrozelené riasy a pod.).

Miestne nečistoty vstupujúce do ovzdušia môžu výrazne ovplyvniť aj živé organizmy. To platí najmä pre toxické plynné látky - metán, oxid síry (IV), oxid uhoľnatý (II), oxid dusíka (IV), sírovodík, zlúčeniny chlóru, ako aj častice prachu, sadzí atď., ktoré znečisťujú ovzdušie. v priemyselných oblastiach. Hlavným moderným zdrojom chemického a fyzikálneho znečistenia ovzdušia je antropogénna činnosť: práca rôznych priemyselných podnikov a dopravy, erózia pôdy atď. Napríklad oxid sírový (SO 2) je pre rastliny jedovatý už v koncentráciách od 15- tisícina až jedna milióntina objemu vzduchu.. Niektoré druhy rastlín sú obzvlášť citlivé na S0 2 a slúžia ako citlivý indikátor jeho akumulácie v ovzduší (napríklad lišajníky.

Nízka hustota vzduchu určuje jeho nízku zdvíhaciu silu a nevýznamnú nosnosť. Obyvatelia vzduchu musia mať svoj vlastný podporný systém, ktorý podporuje telo: rastliny - rôzne mechanické tkanivá, zvieratá - pevná alebo oveľa menej často hydrostatická kostra. Okrem toho sú všetci obyvatelia vzdušného prostredia úzko spätí s povrchom zeme, ktorý im slúži na pripevnenie a oporu. Život v pozastavenom stave vo vzduchu je nemožný. Je pravda, že veľa mikroorganizmov a živočíchov, spór, semien a peľu rastlín je pravidelne prítomných vo vzduchu a sú prenášané vzdušnými prúdmi (anemochory), mnohé živočíchy sú schopné aktívneho letu, ale u všetkých týchto druhov je hlavnou funkciou ich životný cyklus - rozmnožovanie - sa uskutočňuje na povrchu zeme. Pre väčšinu z nich je pobyt vo vzduchu spojený iba s presídľovaním alebo hľadaním koristi.

Vietor Má obmedzujúci vplyv na aktivitu a rovnomerné rozloženie organizmov. Vietor môže dokonca zmeniť vzhľad rastlín, najmä v biotopoch, ako sú vysokohorské oblasti, kde sú limitujúce iné faktory. V otvorených horských biotopoch vietor obmedzuje rast rastlín, čo spôsobuje, že sa rastliny ohýbajú na náveternú stranu. Navyše vietor zvyšuje evapotranspiráciu v podmienkach nízkej vlhkosti. Veľký význam majú búrky, hoci ich pôsobenie je čisto lokálne. Hurikány, ako aj obyčajné vetry, sú schopné prenášať živočíchy a rastliny na veľké vzdialenosti a tým meniť zloženie spoločenstiev.

Tlak, zrejme nie je limitujúcim faktorom priameho pôsobenia, ale priamo súvisí s počasím a klímou, ktoré majú priamy limitujúci vplyv. Nízka hustota vzduchu spôsobuje relatívne nízky tlak na súši. Normálne sa rovná 760 mm Hg, čl. So stúpajúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Vo výške 5800 m je to len polovičný normál. Nízky tlak môže obmedziť rozšírenie druhov v horách. Pre väčšinu stavovcov je horná hranica života asi 6000 m. Pokles tlaku má za následok zníženie prísunu kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenia dychovej frekvencie. Približne rovnaké sú hranice postupu do hôr vyšších rastlín. O niečo odolnejšie sú článkonožce (chvosty, roztoče, pavúky), ktoré sa vyskytujú na ľadovcoch nad hranicou vegetácie.

Vo všeobecnosti sú všetky suchozemské organizmy oveľa stenobatickejšie ako vodné.

Vrstvená štruktúra zemských obalov a zloženie atmosféry; svetelný režim ako faktor prostredia zem-vzduch; prispôsobenie organizmov rôznym svetelným režimom; teplotné pomery v prostredí zem-vzduch, teplotné prispôsobenia; znečistenie vzduchu

Prostredie zem-vzduch je najťažšie z hľadiska environmentálnych podmienok života. Život na zemi si vyžadoval také morfologické a biochemické úpravy, ktoré boli možné len s dostatočne vysokou úrovňou organizácie rastlín aj živočíchov. Na obr. 2 je znázornená schéma škrupín Zeme. Vonkajšiu časť možno pripísať prostrediu zem-vzduch litosféra a spodok atmosféru. Atmosféra má zasa dosť výraznú vrstvenú štruktúru. Spodné vrstvy atmosféry sú znázornené na obr. 2. Keďže väčšina živých bytostí žije v troposfére, je to práve táto vrstva atmosféry, ktorá je zahrnutá do konceptu prostredia zem-vzduch. Troposféra je najnižšia časť atmosféry. Jeho výška v rôznych oblastiach je od 7 do 18 km, obsahuje väčšinu vodnej pary, ktorá kondenzáciou vytvára oblaky. V troposfére dochádza k silnému pohybu vzduchu a teplota klesá v priemere o 0,6 ° C so stúpaním na každých 100 m.

Atmosféru Zeme tvorí mechanická zmes plynov, ktoré na seba chemicky nepôsobia. Prebiehajú v ňom všetky meteorologické procesy, ktorých súhrn je tzv podnebie. Horná hranica atmosféry sa podmienečne považuje za 2000 km, t.j. jej výška je V 3 časť polomeru Zeme. V atmosfére nepretržite prebiehajú rôzne fyzikálne procesy: teplota, zmena vlhkosti, kondenzácia vodných pár, objavujú sa hmly a oblaky, slnečné lúče ohrievajú atmosféru, ionizujú ju atď.

Väčšina vzduchu je sústredená v 70 km vrstve. Suchý vzduch obsahuje (v %): dusík - 78,08; kyslík - 20,95; argón - 0,93; oxid uhličitý - 0,03. Iných plynov je veľmi málo. Sú to vodík, neón, hélium, kryptón, radón, xenón – väčšina inertných plynov.

Atmosférický vzduch je jedným z hlavných životne dôležitých prvkov životného prostredia. Spoľahlivo chráni planétu pred škodlivým kozmickým žiarením. Pod vplyvom atmosféry na Zemi prebiehajú najdôležitejšie geologické procesy, ktoré v konečnom dôsledku formujú krajinu.

Atmosférický vzduch patrí do kategórie nevyčerpateľných zdrojov, ale intenzívny rozvoj priemyslu, rast miest, rozširovanie vesmírneho prieskumu zvyšujú negatívny antropogénny vplyv na atmosféru. Preto je otázka ochrany atmosférického vzduchu čoraz dôležitejšia.

Na živé organizmy obývajúce prostredie zem-vzduch pôsobí okrem vzduchu určitého zloženia aj tlak a vlhkosť vzduchu, ako aj slnečné žiarenie a teplota.

Ryža. 2.

Svetelný režim alebo slnečné žiarenie. Na realizáciu životne dôležitých procesov potrebujú všetky živé organizmy energiu prichádzajúcu zvonku. Jeho hlavným zdrojom je slnečné žiarenie.

Vplyv rôznych častí spektra slnečného žiarenia na živé organizmy je rôzny. Je známe, že v spektre slnečného žiarenia vyžarujú ultrafialové, viditeľné a infračervená oblasť, ktoré sa zase skladajú zo svetelných vĺn rôznej dĺžky (obr. 3).

Spomedzi ultrafialových lúčov (UFL) dopadajú na zemský povrch iba dlhovlnné (290-300 nm) a krátkovlnné (menej ako 290 nm), ničivé pre všetko živé, sú takmer úplne absorbované vo výške okolo 20 -25 km ozónovou clonou - tenká vrstva atmosféry obsahujúca molekuly 0 3 (pozri obr. 2).

Ryža. 3. Biologický účinok rôznych častí spektra slnečného žiarenia: 1 - denaturácia bielkovín; 2 - intenzita fotosyntézy pšenice; 3 - spektrálna citlivosť ľudského oka. Oblasť ultrafialového žiarenia, ktorá nepreniká, je zatienená.

cez atmosféru

Dlhovlnné ultrafialové lúče (300-400 nm), ktoré majú vysokú fotónovú energiu, majú vysokú chemickú a mutagénnu aktivitu. Ich veľké dávky sú pre organizmy škodlivé.

UV žiarenie má v rozsahu 250–300 nm silný baktericídny účinok a spôsobuje u zvierat tvorbu antirachitického vitamínu D, t.j. v malých dávkach je UV žiarenie pre ľudí a zvieratá nevyhnutné. UV lúče v dĺžke 300-400 nm spôsobujú u človeka opálenie, čo je ochranná reakcia pokožky.

Infračervené lúče (IRL) s vlnovou dĺžkou viac ako 750 nm majú tepelný účinok, ľudské oko ich nevníma a zabezpečuje tepelný režim planéty. Tieto lúče sú dôležité najmä pre studenokrvné živočíchy (hmyz, plazy), ktoré ich využívajú na zvýšenie telesnej teploty (motýle, jašterice, hady) alebo na lov (kliešte, pavúky, hady).

V súčasnosti sa vyrába veľa zariadení, ktoré používajú jednu alebo druhú časť spektra: ultrafialové žiariče, domáce spotrebiče s infračerveným žiarením na rýchle varenie atď.

Viditeľné lúče s vlnovou dĺžkou 400-750 nm majú veľký význam pre všetky živé organizmy.

Svetlo ako podmienka pre život rastlín. Svetlo je pre rastliny nevyhnutné. Zelené rastliny využívajú slnečnú energiu v tejto oblasti spektra a zachytávajú ju v procese fotosyntézy:

V dôsledku rozdielnej potreby svetelnej energie sa u rastlín vyvíjajú rôzne morfologické a fyziologické prispôsobenia svetelnému režimu ich biotopu.

Adaptácia je systém regulácie metabolických procesov a fyziologických charakteristík, ktorý zabezpečuje maximálnu adaptabilitu organizmov na podmienky prostredia.

V súlade s prispôsobením sa svetelnému režimu sú rastliny rozdelené do nasledujúcich ekologických skupín.

• 1. Svetlomilný- majúce tieto morfologické úpravy: silne rozvetvené výhonky so skrátenými internódiami, rozeta; listy sú malé alebo so silne členitou listovou čepeľou, často s voskovým povlakom alebo pubescenciou, často otočené okrajom smerom k svetlu (napríklad akácia, mimóza, sophora, nevädza, perník, borovica, tulipán).
• 2. Tieňomilný- neustále v podmienkach silného zatienenia. Ich listy sú tmavozelenej farby, usporiadané horizontálne. Ide o rastliny nižších vrstiev lesov (napríklad zimomriavky, norok dvojlistý, paprade atď.). Pri nedostatku svetla žijú hlbokomorské rastliny (červené a hnedé riasy).
• 3. odolný voči odtieňom- znesie zatienenie, ale dobre rastie na svetle (napríklad lesné trávy a kríky rastúce na tienistých miestach aj na okrajoch, ako aj dub, buk, hrab, smrek).

Vo vzťahu k svetlu sú rastliny v lese usporiadané do vrstiev. Okrem toho, dokonca aj na tom istom strome, listy zachytávajú svetlo odlišne v závislosti od úrovne. Spravidla tvoria listová mozaika, teda usporiadané tak, aby zväčšili povrch listu pre lepšie zachytenie svetla.

Svetelný režim sa mení v závislosti od zemepisnej šírky, dennej doby a ročného obdobia. V súvislosti s rotáciou Zeme má svetelný režim výrazný denný a sezónny rytmus. Reakcia tela na zmenu režimu osvetlenia je tzv fotoperiodizmus. V súvislosti s fotoperiodizmom v organizme sa menia procesy metabolizmu, rastu a vývoja.

Fenomén spojený s fotoperiodizmom u rastlín fototropizmus- pohyb jednotlivých rastlinných orgánov smerom k svetlu. Napríklad pohyb slnečnicového košíka cez deň po slnku, otváranie súkvetí púpavy a svlažca ráno a zatváranie večer a naopak - otváranie kvetov nočnej fialky a voňavého tabaku večer a ich zatváranie ráno (denný fotoperiodizmus).

Sezónny fotoperiodizmus sa pozoruje v zemepisných šírkach so zmenou ročných období (mierne a severné zemepisné šírky). S nástupom dlhého dňa (na jar) sa v rastlinách pozoruje aktívny tok šťavy, púčiky napučiavajú a otvárajú sa. S nástupom krátkeho jesenného dňa rastliny zhadzujú listy a pripravujú sa na zimný spánok. Je potrebné rozlišovať medzi rastlinami „krátkych dní“ – sú bežné v subtrópoch (chryzantémy, perila, ryža, sója, kúkoľ, konope); a rastliny „dlhého dňa“ (rudbeckia, obilniny, krížnik, kôpor) – sú rozšírené najmä v miernych a subpolárnych zemepisných šírkach. Rastliny „dlhého dňa“ nemôžu rásť na juhu (neprodukujú semená) a to isté platí pre rastliny „krátkeho dňa“, ak sa pestujú na severe.

Svetlo ako podmienka života zvierat. Pre zvieratá nie je svetlo prvoradým faktorom, ako pre zelené rastliny, pretože existujú vďaka slnečnej energii akumulovanej týmito rastlinami. Napriek tomu zvieratá potrebujú svetlo určitého spektrálneho zloženia. V podstate potrebujú svetlo na vizuálnu orientáciu v priestore. Je pravda, že nie všetky zvieratá majú oči. U primitívov sú to jednoducho fotosenzitívne bunky alebo dokonca miesto v bunke (napríklad stigma u jednobunkových organizmov alebo „oko citlivé na svetlo“).

Obrazové videnie je možné len s dostatočne zložitou štruktúrou oka. Napríklad pavúky dokážu rozlíšiť obrysy pohybujúcich sa predmetov len na vzdialenosť 1-2 cm.Oči stavovcov vnímajú tvar a veľkosť predmetov, ich farbu a určujú vzdialenosť k nim.

Viditeľné svetlo je konvenčný koncept pre rôzne živočíšne druhy. Pre človeka sú to lúče od fialovej po tmavočervenú (pripomeňte si farby dúhy). Infračervenú časť spektra vnímajú napríklad štrkáče. Včely na druhej strane rozlišujú viacfarebné ultrafialové lúče, ale nevnímajú červené. Spektrum viditeľného svetla je pre nich posunuté do ultrafialovej oblasti.

Vývoj orgánov zraku do značnej miery závisí od ekologickej situácie a podmienok prostredia organizmov. Takže u stálych obyvateľov jaskýň, kde slnečné svetlo nepreniká, môžu byť oči úplne alebo čiastočne znížené: u slepých zemných chrobákov, netopierov, niektorých obojživelníkov a rýb.

Schopnosť farebného videnia závisí aj od toho, či sú organizmy denné alebo nočné. Psy, mačky, škrečky (ktoré sa živia lovom za súmraku), všetci vidia čiernobielo. Rovnaké videnie je u nočných vtákov - sov, nočných plachiet. Denné vtáky majú dobre vyvinuté farebné videnie.

Zvieratá a vtáky sú tiež prispôsobené dennému a nočnému životnému štýlu. Napríklad väčšina kopytníkov, medveďov, vlkov, orlov, škovránkov je aktívna cez deň, zatiaľ čo tigre, myši, ježkovia, sovy sú najaktívnejšie v noci. Dĺžka denného svetla ovplyvňuje začiatok obdobia párenia, migrácie a lety u vtákov, hibernáciu u cicavcov atď.

Zvieratá sa počas diaľkových letov a migrácií pohybujú pomocou svojich zrakových orgánov. Vtáky si napríklad vyberajú smer letu s úžasnou presnosťou a prekonávajú mnoho tisíc kilometrov od hniezdenia až po zimovisko. Je dokázané, že pri takýchto diaľkových letoch sú vtáky aspoň čiastočne orientované Slnkom a hviezdami, teda astronomickými zdrojmi svetla. Sú schopné navigácie, zmeny orientácie, aby sa dostali do požadovaného bodu na Zemi. Ak sú vtáky prepravované v klietkach, potom si správne vyberú smer zimovania odkiaľkoľvek na svete. Vtáky nelietajú v nepretržitej hmle, pretože počas letu často zablúdia.

Medzi hmyzom je schopnosť tohto druhu orientácie vyvinutá u včiel. Ako vodítko využívajú polohu (výšku) Slnka.

Teplotný režim v prostredí zem-vzduch. Teplotné prispôsobenia. Je známe, že život je spôsob existencie proteínových tiel, preto hranicou existencie života sú teploty, pri ktorých je možná normálna štruktúra a fungovanie proteínov, v priemere od 0 ° C do + 50 ° C. Niektoré organizmy však majú špecializované enzýmové systémy a sú prispôsobené na aktívnu existenciu pri teplotách mimo týchto limitov.

Druhy, ktoré uprednostňujú chlad (tzv kryofilov), dokáže udržať aktivitu buniek až do -8°... -10°C. Baktérie, huby, lišajníky, machy a článkonožce môžu vydržať podchladenie. Naše stromy tiež neumierajú pri nízkych teplotách. Dôležité je len to, aby v období prípravy na zimu voda v rastlinných bunkách prešla do špeciálneho stavu a nepremenila sa na ľad - potom bunky odumierajú. Rastliny prekonávajú podchladenie tým, že vo svojich bunkách a tkanivách hromadia látky - osmotické chrániče: rôzne cukry, aminokyseliny, alkoholy, ktoré „odčerpávajú“ prebytočnú vodu a bránia jej premene na ľad.

Existuje skupina druhov organizmov, ktorých optimálnym životom sú vysoké teploty, nazývajú sa termofily. Sú to rôzne červy, hmyz, roztoče, ktoré žijú v púštiach a horúcich polopúšťach, sú to baktérie z horúcich prameňov. Vyvierajú tu pramene s teplotou + 70 °C, ktoré obsahujú žijúcich obyvateľov - modrozelené riasy (sinice), niektoré druhy mäkkýšov.

Ak však vezmeme do úvahy latentný(dlhodobo spiace) formy organizmov, ako sú spóry niektorých baktérií, cysty, spóry a semená rastlín, znesú značne abnormálne teploty. Bakteriálne spóry znesú teplotu až 180°C. Mnohé semená, peľ rastlín, cysty, jednobunkové riasy vydržia zmrazenie v tekutom dusíku (pri -195,8°C) a následné dlhodobé skladovanie pri -70°C. Po rozmrazení a umiestnení do priaznivých podmienok a dostatočného živného média sa tieto bunky môžu opäť aktivovať a začať sa množiť.

Dočasné pozastavenie všetkých životne dôležitých procesov tela sa nazýva pozastavená animácia. Anabióza sa môže vyskytnúť u zvierat tak pri znížení teploty prostredia, ako aj pri jej zvýšení. Napríklad u hadov a jašteríc, keď teplota vzduchu stúpne nad 45 ° C, nastáva tepelný topor. U obojživelníkov pri teplotách vody pod 4 ° C životná aktivita prakticky chýba. Zo stavu anabiózy sa živé bytosti môžu vrátiť do normálneho života iba vtedy, ak nie je narušená štruktúra makromolekúl v ich bunkách (predovšetkým DNA a bielkovín).

Odolnosť voči teplotným výkyvom u suchozemských obyvateľov je rôzna.

Teplotné adaptácie v rastlinách. Rastliny ako nepohyblivé organizmy sú nútené prispôsobiť sa teplotným výkyvom, ktoré existujú v ich biotopoch. Majú špecifické systémy, ktoré chránia pred podchladením alebo prehriatím. transpirácia- ide o systém odparovania vody rastlinami cez prieduchový aparát, ktorý ich chráni pred prehriatím. Niektoré rastliny dokonca nadobudli odolnosť voči ohňu – sú tzv pyrofyty. Požiare sa často vyskytujú v savanách, húštinách kríkov. Savannah stromy majú hrubú kôru impregnovanú žiaruvzdornými látkami. Ich plody a semená majú hrubú, lignifikovanú šupku, ktorá pri zapálení praská, čo pomáha semenám padať do zeme.

Teplotné adaptácie zvierat. Zvieratá majú v porovnaní s rastlinami väčšiu schopnosť prispôsobiť sa zmenám teploty, pretože sú schopné pohybu, majú svaly a produkujú vlastné vnútorné teplo. V závislosti od mechanizmov udržiavania konštantnej telesnej teploty existujú poikilotermický(chladnokrvný) a homoiotermický(teplokrvné) živočíchy.

Poikilotermický sú hmyz, ryby, obojživelníky, plazy. Ich telesná teplota sa mení s teplotou prostredia.

Homeothermic- živočíchy so stálou telesnou teplotou, schopné ju udržiavať aj pri silných výkyvoch vonkajšej teploty (sú to cicavce a vtáky).

Hlavné spôsoby prispôsobenia teploty:

• 1) chemická termoregulácia- zvýšenie produkcie tepla v reakcii na zníženie teploty okolia;
• 2) fyzická termoregulácia- schopnosť udržať teplo vďaka vlasom a perám, rozloženie tukových zásob, možnosť prenosu tepla odparovaním atď.;

3) behaviorálna termoregulácia- schopnosť pohybovať sa z miest extrémnych teplôt do miest optimálnych teplôt. Toto je hlavný spôsob termoregulácie u poikilotermných živočíchov. Keď teplota stúpa alebo klesá, majú tendenciu zmeniť držanie tela alebo sa schovať v tieni, v diere. Včely, mravce, termity si stavajú hniezda s dobre regulovanou teplotou vo vnútri.

U teplokrvných zvierat sa výrazne zlepšil termoregulačný systém (hoci u mláďat a kurčiat je slabý).

Na ilustráciu dokonalosti termoregulácie u vyšších živočíchov a ľudí môžeme uviesť nasledujúci príklad. Asi pred 200 rokmi Dr. C. Blegden v Anglicku pripravil nasledujúci experiment: spolu so svojimi priateľmi a psom strávil 45 minút v suchej komore pri teplote +126 °C bez zdravotných následkov. Fanúšikovia fínskeho kúpeľa vedia, že je možné stráviť nejaký čas v saune s teplotou vyššou ako + 100 ° C (pre každého - jeho vlastné), a to je dobré pre zdravie. Vieme však aj to, že ak sa kus mäsa udržiava pri tejto teplote, upečie sa.

Pôsobením chladu sa u teplokrvných živočíchov zintenzívňujú oxidačné procesy, najmä vo svaloch. Do hry vstupuje chemická termoregulácia. Zaznamenávajú sa svalové chvenie, čo vedie k uvoľneniu dodatočného tepla. Metabolizmus lipidov je obzvlášť zvýšený, pretože tuky obsahujú významnú zásobu chemickej energie. Preto akumulácia tukových zásob poskytuje lepšiu termoreguláciu.

Zvýšená produkcia tepla je sprevádzaná spotrebou veľkého množstva potravín. Vtáky zostávajúce na zimu teda potrebujú veľa jedla, neboja sa mrazu, ale hladovania. Pri dobrej úrode sa krížence smrekové a borovicové napríklad aj v zime rozmnožujú kurčatá. Ľudia - obyvatelia drsných sibírskych alebo severných oblastí - z generácie na generáciu vyvinuli vysokokalorické menu - tradičné knedle a iné vysoko kalorické jedlá. Preto pred nasledovaním módnych západných diét a odmietnutím jedla predkov je potrebné pamätať na užitočnosť existujúcu v prírode, ktorá je základom dlhodobých tradícií ľudí.

Účinným mechanizmom regulácie prenosu tepla u živočíchov, podobne ako u rastlín, je odparovanie vody potením alebo cez sliznice úst a horných dýchacích ciest. Toto je príklad fyzickej termoregulácie. Osoba v extrémnych horúčavách môže prideliť až 12 litrov potu denne, pričom odvádza teplo 10-krát viac ako normálne. Časť vylúčenej vody sa musí vrátiť pitím.

Teplokrvné živočíchy, podobne ako studenokrvné živočíchy, sa vyznačujú termoreguláciou správania. V norách živočíchov žijúcich pod zemou sú teplotné výkyvy tým menšie, čím je diera hlbšia. Zručne postavené hniezda včiel udržujú rovnomernú, priaznivú mikroklímu. Zvlášť zaujímavé je skupinové správanie zvierat. Napríklad tučniaky v silnom mraze a snehovej búrke tvoria "korytnačku" - hustú hromadu. Tí, ktorí sa ocitli na okraji, sa postupne predierajú dovnútra, kde sa udržiava teplota okolo +37°C. Na rovnakom mieste, vo vnútri, sú umiestnené mláďatá.

Aby teda zvieratá a rastliny v procese evolúcie žili a rozmnožovali sa v určitých podmienkach prostredia zem-vzduch, vyvinuli si širokú škálu prispôsobení a systémov, ktoré zodpovedajú tomuto biotopu.

Znečistenie vzduchu. V poslednej dobe sa stáva čoraz významnejším vonkajším faktorom, ktorý mení prízemno-vzdušný biotop antropogénny faktor.

Atmosféra, podobne ako biosféra, má vlastnosť samočistenia, čiže udržiavania rovnováhy. Objem a rýchlosť moderného znečistenia ovzdušia však presahujú prirodzené možnosti ich neutralizácie.

Jednak je to prirodzené znečistenie – rôzny prach: minerálne (produkty zvetrávania a deštrukcie hornín), organické (aeroplanktón – baktérie, vírusy, peľ rastlín) a vesmírne (častice vstupujúce do atmosféry z vesmíru).

V druhom rade sú to umelé (antropogénne) znečistenie – priemyselné, dopravné a domáce emisie do ovzdušia (prach cementární, sadze, rôzne plyny, rádioaktívne zamorenie, pesticídy).

Podľa hrubých odhadov sa za posledných 100 rokov dostalo do atmosféry 1,5 milióna ton arzénu; 1 milión ton niklu; 1,35 milióna ton kremíka, 900 tisíc ton kobaltu, 600 tisíc ton zinku, rovnaké množstvo medi a iných kovov.

Chemické podniky vypúšťajú oxid uhličitý, oxid železa, oxidy dusíka, chlór. Z pesticídov sú toxické najmä organofosforové zlúčeniny, z ktorých sa v atmosfére získavajú ešte toxickejšie.

V dôsledku emisií v mestách, kde je znížené ultrafialové žiarenie a je tam veľký dav ľudí, dochádza k degradácii ovzdušia, ktorej jedným z prejavov je smog.

Vzniká smog "klasický"(zmes toxických hmiel, ktoré sa vyskytujú počas miernej oblačnosti) a „ fotochemický» (zmes žieravých plynov a aerosólov, ktorá vzniká bez hmly v dôsledku fotochemických reakcií). Najnebezpečnejší je smog Londýna a Los Angeles. Pohlcuje až 25 % slnečného žiarenia a 80 % ultrafialových lúčov, trpí tým mestské obyvateľstvo.

Prostredie zem-vzduch je pre život organizmov najťažšie. Fyzikálne faktory, ktoré ho tvoria, sú veľmi rôznorodé: svetlo, teplota. Ale organizmy sa v priebehu evolúcie prispôsobili týmto meniacim sa faktorom a vyvinuli adaptačné systémy na zabezpečenie extrémnej adaptability na podmienky prostredia. Napriek nevyčerpateľnosti vzduchu ako environmentálneho zdroja sa jeho kvalita rapídne zhoršuje. Znečistenie ovzdušia je najnebezpečnejšou formou znečistenia životného prostredia.

Otázky a úlohy na sebaovládanie

• 1. Vysvetlite, prečo je prostredie zem-vzduch pre život organizmov najťažšie.
• 2. Uveďte príklady adaptácií rastlín a živočíchov na vysoké a nízke teploty.
• 3. Prečo má teplota silný vplyv na životnú aktivitu akýchkoľvek organizmov?
• 4. Analyzujte, ako svetlo ovplyvňuje život rastlín a živočíchov.
• 5. Opíšte, čo je fotoperiodizmus.
• 6. Dokážte, že rôzne vlny svetelného spektra majú rôzne účinky na živé organizmy, uveďte príklady. Uveďte skupiny, do ktorých sú rozdelené živé organizmy podľa spôsobu využívania energie, uveďte príklady.
• 7. Komentujte, s čím súvisia sezónne javy v prírode a ako na ne reagujú rastliny a živočíchy.
• 8. Vysvetlite, prečo znečistenie ovzdušia predstavuje najväčšie nebezpečenstvo pre živé organizmy.

Prízemno-vzdušné prostredie života je z hľadiska podmienok prostredia najťažšie. V priebehu evolúcie bola zvládnutá oveľa neskôr ako voda. Život na zemi si vyžadoval také úpravy, ktoré boli možné len s dostatočne vysokou úrovňou organizácie organizmov. Prostredie zem-vzduch sa vyznačuje nízkou hustotou vzduchu, veľkými výkyvmi teploty a vlhkosti, vyššou intenzitou slnečného žiarenia v porovnaní s inými médiami a pohyblivosťou atmosféry.

Nízka hustota vzduchu a pohyblivosť určiť jeho nízku zdvíhaciu silu a nevýznamnú podporu. Organizmy suchozemského prostredia musia mať nosný systém, ktorý podporuje telo: rastliny - mechanické tkanivá, živočíchy - pevná alebo hydrostatická kostra.

Malá zdvíhacia sila vzduchu určuje limitujúcu hmotnosť a veľkosť suchozemských organizmov. Najväčšie suchozemské zvieratá sú oveľa menšie ako obri vodného prostredia - veľryby. Zvieratá veľkosti a hmotnosti modernej veľryby nemohli žiť na súši, pretože by ich vlastná hmotnosť rozdrvila.

Nízka hustota vzduchu spôsobuje nízky odpor voči pohybu. Preto mnohé zvieratá nadobudli schopnosť lietať: vtáky, hmyz, niektoré cicavce a plazy.

Vďaka pohyblivosti vzduchu je možný pasívny let niektorých druhov organizmov, ako aj peľu, spór, plodov a semien rastlín. Usadzovanie pomocou prúdov vzduchu je tzv anemochória. Pasívne vzdušné organizmy sú tzv aeroplanktón. Vyznačujú sa veľmi malými veľkosťami tela, prítomnosťou výrastkov a silnou disekciou, používaním pavučín atď. Semená a plody rastlín anemochora majú tiež veľmi malé veľkosti (semená orchideí, ohnivca a pod.) alebo rôzne krídlovité (javor, jaseň) a padákovité (púpava, podbeľ) úponky.

V mnohých rastlinách sa prenos peľu uskutočňuje pomocou vetra, napríklad u nahosemenných rastlín, buku, brezy, brestu, obilnín atď. Spôsob opeľovania rastlín pomocou vetra je tzv. anemofília. Rastliny opeľované vetrom majú mnoho úprav na zabezpečenie účinnosti opeľovania.

Vetry fúkajúce veľkou silou (búrky, hurikány) lámu stromy a často ich prevracajú. Vetry fúkajúce stále rovnakým smerom spôsobujú rôzne deformácie v raste stromov a spôsobujú tvorbu vlajkovitých korún.

V oblastiach, kde neustále fúka silný vietor, je spravidla druhové zloženie malých lietajúcich zvierat slabé, pretože nie sú schopné odolávať silným prúdom vzduchu. Takže na oceánskych ostrovoch s neustálym silným vetrom prevládajú vtáky a hmyz, ktorí stratili schopnosť lietať. Vietor zvyšuje stratu vlhkosti a tepla organizmami, pod jeho vplyvom dochádza k rýchlejšiemu vysychaniu a ochladzovaniu organizmov.

Nízka hustota vzduchu spôsobuje relatívne nízky tlak na pevninu (760 mm Hg). So zvyšujúcou sa nadmorskou výškou tlak klesá, čo môže obmedziť rozšírenie druhov v horách. Zníženie tlaku má za následok zníženie prísunu kyslíka a dehydratáciu zvierat v dôsledku zvýšenia dychovej frekvencie. Preto je pre väčšinu stavovcov a vyšších rastlín horná hranica života asi 6000 m.

Plynné zloženie vzduchu v povrchovej vrstve atmosféry je celkom homogénna. Obsahuje dusík - 78,1%, kyslík - 21%, argón - 0,9%, oxid uhličitý - 0,03%. Okrem týchto plynov obsahuje atmosféra malé množstvo neónu, kryptónu, xenónu, vodíka, hélia, ako aj rôzne aromatické rastlinné sekréty a rôzne nečistoty: oxid siričitý, oxidy uhlíka, dusík a fyzikálne nečistoty. Vysoký obsah kyslíka v atmosfére prispel k zvýšeniu metabolizmu suchozemských organizmov a výskytu teplokrvných (homeotermných) živočíchov. Nedostatok kyslíka sa môže vyskytnúť pri nahromadení rozkladajúcich sa rastlinných zvyškov, zásob obilia a koreňových systémov rastlín na podmáčaných alebo príliš zhutnených pôdach, kde môže dôjsť k nedostatku kyslíka.

Obsah oxidu uhličitého sa môže v určitých oblastiach povrchovej vrstvy vzduchu meniť v pomerne významných medziach. Pri absencii vetra vo veľkých mestách sa jeho koncentrácia môže desaťnásobne zvýšiť. Pravidelné denné a sezónne zmeny obsahu oxidu uhličitého v povrchovej vrstve vzduchu v dôsledku zmien intenzity fotosyntézy a dýchania organizmov. Pri vysokých koncentráciách je oxid uhličitý toxický a jeho nízky obsah znižuje rýchlosť fotosyntézy.

Vzdušný dusík je pre väčšinu organizmov suchozemského prostredia inertný plyn, ale schopnosť ho viazať a zapájať do biologického cyklu majú mnohé prokaryotické organizmy (uzlinové baktérie, Azotobacter, klostrídie, sinice atď.).

Mnohé znečisťujúce látky, ktoré sa dostávajú do ovzdušia najmä v dôsledku ľudskej činnosti, môžu výrazne ovplyvniť organizmy. Napríklad oxid sírový je toxický pre rastliny už vo veľmi nízkych koncentráciách, spôsobuje deštrukciu chlorofylu, poškodzuje štruktúru chloroplastov, brzdí procesy fotosyntézy a dýchania. Poškodenie rastlín toxickými plynmi je rôzne a závisí od ich anatomických, morfologických, fyziologických, biologických a iných charakteristík. Napríklad lišajníky, smrek, borovica, dub, smrekovec sú obzvlášť citlivé na priemyselné plyny. Najodolnejšie sú topoľ kanadský, topoľ balzamový, javor jaseňolistý, tuja, baza červená a niektoré ďalšie.

Svetelný režim. Slnečné žiarenie dopadajúce na zemský povrch je hlavným zdrojom energie na udržiavanie tepelnej bilancie planéty, vodného metabolizmu organizmov, tvorby organickej hmoty rastlinami, čo v konečnom dôsledku umožňuje vytvárať prostredie schopné uspokojovať životné potreby organizmov. Zloženie slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch zahŕňa ultrafialové lúče s vlnovou dĺžkou 290-380 nm, viditeľné lúče - 380-750 nm a infračervené lúče s vlnovou dĺžkou 750-4000 nm. Ultrafialové lúče sú vysoko reaktívne a vo veľkých dávkach sú škodlivé pre organizmy. V miernych dávkach v rozmedzí 300-380 nm stimulujú delenie a rast buniek, podporujú syntézu vitamínov, antibiotík, pigmentov (napríklad u ľudí - spálenie slnkom, u rýb a obojživelníkov - tmavý kaviár), zvyšujú odolnosť rastlín voči choroby. Infračervené lúče majú tepelný účinok. Fotosyntetické baktérie (zelené, fialové) sú schopné absorbovať infračervené lúče v rozsahu 800-1100 nm a existujú len na ich úkor. Približne 50 % slnečného žiarenia pochádza z viditeľného svetla, ktoré má rozdielny ekologický význam v živote autotrofných a heterotrofných organizmov. Zelené rastliny potrebujú svetlo pre proces fotosyntézy, tvorbu chlorofylu a tvorbu štruktúry chloroplastov. Ovplyvňuje výmenu a transpiráciu plynov, stavbu orgánov a tkanív a rast a vývoj rastlín.

Pre zvieratá je viditeľné svetlo nevyhnutné na orientáciu v prostredí. U niektorých zvierat sa zrakové vnímanie rozširuje do ultrafialovej a blízkej infračervenej časti spektra.

Svetelný režim každého biotopu je určený intenzitou priameho a rozptýleného svetla, jeho množstvom, spektrálnym zložením a tiež odrazivosťou povrchu, na ktorý svetlo dopadá. Tieto prvky svetelného režimu sú veľmi premenlivé a závisia od zemepisnej šírky oblasti, výšky slnka nad obzorom, dĺžky dňa, stavu atmosféry, charakteru zemského povrchu, reliéfu, času. dňa a ročného obdobia. V tomto smere si suchozemské organizmy počas dlhého procesu evolúcie vyvinuli rôzne adaptácie na svetelný režim biotopov.

Adaptácie rastlín. Vo vzťahu k svetelným podmienkam sa rozlišujú tri hlavné ekologické skupiny rastlín: fotofilné (heliofyty); tieňomilné (sciofyty); odolný voči odtieňom.

Heliofyty- rastliny otvorených dobre osvetlených stanovíšť. Neznášajú tienenie. Príkladom môžu byť stepné a lúčne rastliny vyššieho poschodia spoločenstva, typy púští, vysokohorské lúky atď.

Sciofyty- neznáša silné osvetlenie na priamom slnku. Sú to rastliny nižších vrstiev tienistých lesov, jaskýň, skalných štrbín atď.

odolný voči odtieňom Rastliny majú širokú ekologickú valenciu vzhľadom na svetlo. Rastú lepšie pri vysokej intenzite svetla, ale dobre znášajú aj tienenie, meniace sa svetelné podmienky sa prispôsobujú ľahšie ako iné rastliny.

Každá uvažovaná skupina rastlín sa vyznačuje určitými anatomickými, morfologickými, fyziologickými a sezónnymi prispôsobeniami podmienkam svetelného režimu.

Jedným z najzreteľnejších rozdielov vo vzhľade svetlomilných a tieňomilných rastlín je nerovnaká veľkosť listov. U heliofytov sú zvyčajne malé alebo s rozrezanou listovou čepeľou. Vidno to najmä pri porovnaní príbuzných druhov rastúcich za rôznych svetelných podmienok (fialka poľná a fialka lesná, zvonček rozšírený rastúci na lúkach, zvonček lesný a pod.). Trend zväčšovania veľkosti listov v pomere k celkovému objemu rastlín je zreteľne vyjadrený v bylinných rastlinách smrekového lesa: šťaveľ obyčajný, májovník dvojlistý, vrana oka atď.

Vo fotofilných rastlinách, aby sa znížil príjem slnečného žiarenia, sú listy usporiadané vertikálne alebo v ostrom uhle k horizontálnej rovine. V tieňomilných rastlinách sú listy umiestnené prevažne horizontálne, čo im umožňuje prijímať maximálne množstvo dopadajúceho svetla. Povrch listov mnohých heliofytov je lesklý, prispieva k odrazu lúčov, pokrytý voskovým povlakom, hustou kutikulou alebo hustým pubescenciou.

Listy tieňomilných a svetlomilných rastlín sa líšia aj anatomickou stavbou. Svetlé listy majú viac mechanických pletiv, čepeľ listu je hrubšia ako tiene. Bunky mezofylu sú malé, husto zbalené, chloroplasty v nich sú malé a ľahké, zaujímajú chudú polohu. Listový mezofyl sa rozlišuje na stĺpovité a hubovité pletivá.

U sciofytov sú listy tenšie, kutikula chýba alebo je slabo vyvinutá. Mezofyl sa nerozlišuje na cylindrické a hubovité tkanivo. V tieňových listoch je menej prvkov mechanických tkanív a chloroplastov, ale sú väčšie ako v heliofytoch. Výhonky svetlomilných rastlín majú často krátke internódiá, silne rozvetvené, často ružicové.

Fyziologické adaptácie rastlín na svetlo sa prejavujú v zmenách rastových procesov, intenzity fotosyntézy, dýchania, transpirácie, zloženia a množstva pigmentov. Je známe, že v rastlinách milujúcich svetlo s nedostatkom svetla sú stonky natiahnuté. Listy tieňomilných rastlín obsahujú viac chlorofylu ako svetlomilných, preto majú sýtejšiu tmavozelenú farbu. Intenzita fotosyntézy u heliofytov je maximálna pri vysokom osvetlení (do 500–1000 luxov a viac) a u sciofytov pri malom množstve svetla (50–200 luxov).

Jednou z foriem fyziologickej adaptácie rastlín na nedostatok svetla je prechod niektorých druhov na heterotrofnú výživu. Príkladom takýchto rastlín sú druhy tienistých smrekových lesov - gudayera plazivá, skutočné hniezdenie, podelník obyčajný. Žijú z mŕtvej organickej hmoty, t.j. sú saprofyty.

Sezónne adaptácie rastlín na svetelné podmienky sa prejavujú na stanovištiach, kde sa svetelný režim periodicky mení. V tomto prípade sa rastliny v rôznych ročných obdobiach môžu prejaviť buď ako svetlomilné alebo tolerantné voči tieňom. Napríklad na jar v listnatých lesoch majú výhonkové listy guľky obyčajnej ľahkú štruktúru a vyznačujú sa vysokou intenzitou fotosyntézy. Typickú tieňovú štruktúru majú listy letných výhonkov gýču, ktoré sa vyvíjajú po olistení stromov a kríkov. Postoj k svetelnému režimu u rastlín sa môže meniť v procese ontogenézy a v dôsledku komplexného vplyvu faktorov prostredia. Sadenice a mladé rastlinky mnohých lúčnych a lesných druhov znášajú tieň viac ako dospelí jedinci. Požiadavky na svetelný režim sa u rastlín niekedy menia, keď sa ocitnú v rôznych klimatických a edafických podmienkach. Napríklad lesné druhy tajgy - čučoriedky, dvojlistá kukurica - v lesnej tundre a tundre dobre rastú na otvorených stanovištiach.

Jedným z faktorov regulujúcich sezónny vývoj organizmov je dĺžka dňa. Schopnosť rastlín a živočíchov reagovať na dĺžku dňa je tzv fotoperiodická reakcia(FPR), a okruh javov regulovaný dĺžkou dňa je tzv fotoperiodizmus. Podľa typu fotoperiodickej reakcie sa rozlišujú tieto hlavné skupiny rastlín:

1. rastliny krátkeho dňa, ktoré potrebujú menej ako 12 hodín svetla denne na prechod do kvitnutia. Sú to spravidla ľudia z južných oblastí (chryzantémy, georgíny, astry, tabak atď.).

2. rastliny dlhého dňa- na kvitnutie potrebujú dĺžku dňa 12 a viac hodín (ľan, ovos, zemiaky, reďkovky).

3. Neutrálne k dĺžke dňa rastliny. Pre nich je dĺžka dňa ľahostajná, kvitnutie sa vyskytuje v akejkoľvek dĺžke (púpava, paradajky, horčica atď.).

Dĺžka dňa ovplyvňuje nielen prechod generatívnych fáz rastlinou, ale aj ich produktivitu a odolnosť voči infekčným chorobám. Tiež zohráva dôležitú úlohu pri geografickom rozložení rastlín a regulácii ich sezónneho vývoja. Druhy rozšírené v severných zemepisných šírkach sú prevažne druhy s dlhým dňom, zatiaľ čo v trópoch a subtrópoch sú prevažne krátkodenné alebo neutrálne. Tento vzorec však nie je absolútny. Takže v horách tropických a subtropických zón sa nachádzajú druhy dlhého dňa. Mnoho odrôd pšenice, ľanu, jačmeňa a iných kultúrnych rastlín pochádzajúcich z južných oblastí má FPR dlhý deň. Štúdie ukázali, že keď teplota klesne, rastliny dlhého dňa sa môžu normálne vyvíjať v podmienkach krátkeho dňa.

Svetlo v živote zvierat.Živočíchy potrebujú svetlo na orientáciu v priestore, ovplyvňuje aj metabolické procesy, správanie, životný cyklus. Úplnosť vizuálneho vnímania prostredia závisí od úrovne evolučného vývoja. Mnoho bezstavovcov má iba bunky citlivé na svetlo obklopené pigmentom, zatiaľ čo jednobunkové majú oblasť cytoplazmy citlivú na svetlo. Najdokonalejšie oči stavovcov, hlavonožcov a hmyzu. Umožňujú vnímať tvar a veľkosť predmetov, farbu, určovať vzdialenosť. Trojrozmerné videnie je charakteristické pre ľudí, primáty a niektoré vtáky (orly, sokoly, sovy). Vývoj zraku a jeho vlastnosti závisia aj od ekologických podmienok a životného štýlu konkrétnych druhov. U obyvateľov jaskýň môžu byť oči úplne alebo čiastočne zmenšené, ako napríklad u slepých chrobákov, zemných chrobákov, Proteus atď.

Rôzne druhy zvierat sú schopné vydržať osvetlenie určitého spektrálneho zloženia, trvania a sily. Rozlišujte svetlo-milujúci a tieňomilujúci, euryfotický a stenofónny druhy. Nočné a súmračné cicavce (hraboše, myši atď.) znášajú priame slnečné svetlo len 5–30 minút, zatiaľ čo denné cicavce prežívajú niekoľko hodín. Pri jasnom slnečnom svetle však ani púštne druhy jašteríc nemôžu dlho odolávať žiareniu, pretože za 5-10 minút ich telesná teplota stúpne na + 50-56 °С a zvieratá umierajú. Osvetlenie vajíčok mnohých hmyzu urýchľuje ich vývoj, ale až do určitých limitov (nie rovnakých pre rôzne druhy), po ktorých sa vývoj zastaví. Adaptáciou na ochranu pred nadmerným slnečným žiarením je pigmentovaná vrstva niektorých orgánov: u plazov - brušná dutina, reprodukčné orgány a pod.

Denné a sezónne zmeny svetelného režimu určujú nielen zmeny aktivity, ale aj obdobia rozmnožovania, migrácie a prelínania. Výskyt nočného hmyzu a zmiznutie denného hmyzu ráno alebo večer sa vyskytuje pri určitom jase osvetlenia pre každý typ. Napríklad mramorový chrobák sa objaví 5-6 minút po západe slnka. Čas prebúdzania spevavých vtákov sa v rôznych ročných obdobiach líši. Revíry lovu vtákov sa menia v závislosti od osvetlenia. Takže ďateľ, sýkorky, mucholapky lovia v hlbinách lesa počas dňa a ráno a večer - na otvorených miestach. Zvieratá sa počas letov a migrácií pohybujú pomocou zraku. Vtáky si s úžasnou presnosťou vyberajú smer letu, vedené slnkom a hviezdami. Túto ich vrodenú schopnosť vytvára prírodný výber ako systém inštinktov. Schopnosť takejto orientácie je charakteristická aj pre iné zvieratá, napríklad včely. Včely, ktoré nájdu nektár, sprostredkujú ostatným informácie o tom, kam letieť za úplatok, pričom ako vodítko používajú slnko.

Svetelný režim obmedzuje geografické rozšírenie niektorých zvierat. Dlhý deň v letných mesiacoch v Arktíde a miernom pásme teda priťahuje vtáky a niektoré cicavce, pretože im umožňuje získať správne množstvo potravy (sýkorky, brhlíky, voskovky atď.) a na jeseň migrujú na juh. Opačný efekt má svetelný režim na rozmiestnenie nočných živočíchov. Na severe sú zriedkavé a na juhu dokonca prevažujú nad dennými druhmi.

Teplotný režim. Intenzita všetkých chemických reakcií, ktoré tvoria metabolizmus, závisí od teplotných podmienok. Hranicami existencie života sú preto teploty, pri ktorých je možné normálne fungovanie bielkovín, v priemere od 0 do + 50ºС. Tieto prahové hodnoty však nie sú rovnaké pre rôzne typy organizmov. Vďaka prítomnosti špecializovaných enzýmových systémov sa niektoré organizmy prispôsobili životu pri teplotách mimo týchto limitov. Druhy prispôsobené životu v chladných podmienkach patria do ekologickej skupiny kryofilov. Vyvinuli biochemické úpravy, ktoré im umožňujú udržiavať bunkový metabolizmus pri nízkych teplotách, ako aj odolávať mrazu alebo ho zvyšovať. Odolať mrazu pomáha hromadeniu špeciálnych látok - nemrznúcej zmesi v bunkách, ktoré zabraňujú tvorbe ľadových kryštálikov v tele. Takéto úpravy boli nájdené u niektorých arktických rýb z čeľade Nototheniidae, tresky, ktoré plávajú vo vodách Severného ľadového oceánu s telesnou teplotou -1,86ºС.

Extrémne nízka teplota, pri ktorej je ešte možná bunková aktivita, bola zaznamenaná u mikroorganizmov – až –10–12ºС. Mrazuvzdornosť u niektorých druhov je spojená s akumuláciou organických látok v ich telách, ako je glycerol, manitol, sorbitol, ktoré bránia kryštalizácii vnútrobunkových roztokov, čo im umožňuje prežiť kritické mrazivé obdobia v neaktívnom stave (stupor, kryptobióza) . Takže niektorý hmyz v tomto stave vydrží v zime až -47-50ºС. Medzi kryofily patria mnohé baktérie, lišajníky, huby, machy, článkonožce atď.

Druhy, ktorých optimálna životnosť je obmedzená na oblasť vysokých teplôt, patria do ekologickej skupiny termofily.

Baktérie sú najodolnejšie voči vysokým teplotám, z ktorých mnohé môžu rásť a množiť sa pri +60–75ºС. Niektoré baktérie, ktoré žijú v horúcich prameňoch, rastú pri teplotách +85-90ºС a zistilo sa, že jeden z typov archaebaktérií je schopný rásť a deliť sa pri teplotách nad +110ºС. Baktérie tvoriace spóry vydržia +200ºС v neaktívnom stave desiatky minút. Medzi hubami, prvokmi, rastlinami a živočíchmi sú aj teplomilné druhy, ale ich odolnosť voči vysokým teplotám je nižšia ako u baktérií. Vyššie rastliny stepí a púští dokážu tolerovať krátkodobé zahrievanie až na +50–60ºС, ale ich fotosyntéza je už brzdená teplotami nad +40ºС. Pri telesnej teplote +42–43ºС u väčšiny zvierat dochádza k tepelnej smrti.

Teplotný režim v suchozemskom prostredí sa značne líši a závisí od mnohých faktorov: zemepisná šírka, nadmorská výška, blízkosť vodných útvarov, ročná a denná doba, atmosférické podmienky, vegetačný kryt atď. V priebehu evolúcie organizmov sa vyvinuli rôzne úpravy na reguláciu metabolizmu pri zmene teploty okolia. To sa dosiahne dvoma spôsobmi: 1) biochemickými a fyziologickými preskupeniami; 2) udržiavanie telesnej teploty na stabilnejšej úrovni ako je teplota okolia. Životná činnosť väčšiny druhov závisí od tepla prichádzajúceho zvonku a telesná teplota od priebehu vonkajších teplôt. Takéto organizmy sú tzv poikilotermický. Patria sem všetky mikroorganizmy, rastliny, huby, bezstavovce a väčšina strunatcov. Iba vtáky a cicavce sú schopné udržiavať stálu telesnú teplotu bez ohľadu na okolitú teplotu. Nazývajú sa homeotermický.

Prispôsobenie rastlín teplote. Odolnosť rastlín voči zmenám teploty prostredia je rôzna a závisí od konkrétneho biotopu, kde žijú. Vyššie rastliny mierne teplých a mierne studených zón eurytermálne. V aktívnom stave tolerujú kolísanie teploty od -5 do + 55ºС. Zároveň existujú druhy, ktoré majú veľmi úzku ekologickú valenciu vo vzťahu k teplote, t.j. sú stenotermický. Napríklad rastliny tropických lesov nedokážu tolerovať ani teploty +5–+8ºС. Niektoré riasy na snehu a ľade žijú iba pri 0ºС. To znamená, že potreba tepla u rôznych druhov rastlín nie je rovnaká a líši sa v pomerne širokom rozmedzí.

Druhy žijúce na miestach s neustále vysokými teplotami si v procese evolúcie osvojili anatomické, morfologické a fyziologické úpravy zamerané na prevenciu prehriatia.

Medzi hlavné anatomické a morfologické úpravy patria: hustá puberta listov, lesklý povrch listov, ktorý prispieva k odrazu slnečného žiarenia; zmenšenie plochy listov, ich vertikálna poloha, skladanie do trubice a pod. Niektoré druhy sú schopné vylučovať soli, z ktorých sa na povrchu rastlín tvoria kryštály odrážajúce slnečné lúče dopadajúce na ne . V podmienkach dostatočnej vlhkosti je stomatálna transpirácia účinným liekom na prehriatie. Medzi teplomilnými druhmi je možné rozlíšiť v závislosti od stupňa ich odolnosti voči vysokým teplotám

1) nie je tepelne odolný rastliny sú poškodené už pri + 30–40ºС;

2) tepelne odolný- tolerovať polhodinové zahrievanie až na + 50–60ºС (rastliny púští, stepí, suchých subtrópov atď.).

Rastliny v savanách a suchých lesoch z tvrdého dreva sú pravidelne zasiahnuté požiarmi, keď teploty môžu stúpnuť na stovky stupňov. Ohňovzdorné rastliny sa nazývajú pyrofyty. Na kmeňoch majú hustú kôru, impregnovanú žiaruvzdornými látkami. Ich plody a semená majú hrubé, často lignifikované obaly.

Mnoho rastlín žije pri nízkych teplotách. Podľa stupňa adaptácie rastlín na podmienky extrémneho nedostatku tepla možno rozlíšiť tieto skupiny:

1) neodolné voči chladu rastliny sú vážne poškodené alebo hynú pri teplotách pod bodom mrazu vody. Patria sem rastliny tropických oblastí;

2) nemrazuvzdorný rastliny – tolerujú nízke teploty, ale uhynú hneď, ako sa v pletivách začne vytvárať ľad (niektoré vždyzelené subtropické rastliny).

3) mrazuvzdorné rastliny rastú v oblastiach s chladnými zimami.

Odolnosť voči nízkym teplotám zvyšujú také morfologické úpravy rastlín, ako je nízky vzrast a špeciálne formy rastu - plazivé, vankúšovité, ktoré umožňujú v lete využívať mikroklímu povrchovej vzduchovej vrstvy a v zime sú chránené snehovou pokrývkou.

Pre rastliny sú dôležitejšie fyziologické adaptačné mechanizmy, ktoré zvyšujú ich odolnosť voči chladu: opad listov, odumieranie nadzemných výhonkov, hromadenie nemrznúcich zmesí v bunkách, zníženie obsahu vody v bunkách atď. U mrazuvzdorných rastlín v procese prípravy na zimu, cukry, bielkoviny, olej, znižuje sa obsah vody v cytoplazme a zvyšuje sa jej viskozita. Všetky tieto zmeny znižujú bod tuhnutia tkanív.

Mnohé rastliny sú schopné zostať životaschopné v zmrazenom stave, napríklad alpínska fialka, arktický chren, vši, sedmokráska, skoré jarné efemeroidy v pásme lesa atď.

Mechy a lišajníky sú schopné tolerovať dlhodobé zmrazenie v stave pozastavenej animácie. Veľký význam pri adaptácii rastlín na nízke teploty má možnosť zachovania normálnej životnej aktivity znížením teplotných optimov fyziologických procesov a nižších teplotných hraníc, pri ktorých sú tieto procesy možné.

V miernych a vysokých zemepisných šírkach v dôsledku sezónnych zmien klimatických podmienok rastliny v ročnom cykle vývoja striedajú aktívnu a pokojnú fázu. Jednoročné rastliny po skončení vegetačného obdobia prečkajú zimu vo forme semien a trvalky prechádzajú do kľudového stavu. Rozlišovať hlboký a nútený mier. Rastliny, ktoré sú v stave hlbokého pokoja, nereagujú na priaznivé tepelné podmienky. Po ukončení hlbokej vegetácie sú rastliny pripravené na obnovenie vývoja, no v prírode v zime je to pre nízke teploty nemožné. Preto sa táto fáza nazýva nútený odpočinok.

Adaptácie zvierat na teplotu.Živočíchy majú v porovnaní s rastlinami pestrejšiu schopnosť regulovať svoju telesnú teplotu vďaka schopnosti pohybovať sa v priestore a produkovať oveľa viac vlastného vnútorného tepla.

Hlavné spôsoby adaptácie zvierat:

1) chemická termoregulácia- ide o reflexné zvýšenie produkcie tepla v reakcii na zníženie teploty prostredia na základe vysokej úrovne metabolizmu;

2) fyzická termoregulácia- vykonáva sa kvôli schopnosti zadržiavať teplo v dôsledku špeciálnych vlastností štruktúry (prítomnosť vlasového a perového krytu, rozloženie tukových zásob atď.) A zmeny úrovne prenosu tepla;

3) behaviorálna termoregulácia- ide o vyhľadávanie priaznivých biotopov, zmenu postoja, stavbu prístreškov, hniezd a pod.

U poikilotermných živočíchov je hlavným spôsobom regulácie telesnej teploty správanie. V extrémnych horúčavách sa zvieratá schovávajú v tieni, nory. Keď sa blíži zima, hľadajú úkryt, stavajú si hniezda a obmedzujú svoju aktivitu. Niektoré druhy si vďaka práci svalov dokážu udržať optimálnu telesnú teplotu. Napríklad čmeliaky zahrievajú telo špeciálnymi svalovými kontrakciami, čo im umožňuje kŕmiť sa v chladnom počasí. Niektoré poikilotermné živočíchy sa vyhýbajú prehriatiu zvýšením tepelných strát odparovaním. Napríklad žaby, jašterice v horúcom počasí začnú ťažko dýchať alebo mať otvorené ústa, čím sa zvyšuje odparovanie vody cez sliznice.

Homeotermné živočíchy sa vyznačujú veľmi účinnou reguláciou príjmu a výdaja tepla, čo im umožňuje udržiavať stálu optimálnu telesnú teplotu. Ich mechanizmy termoregulácie sú veľmi rôznorodé. Majú tendenciu chemická termoregulácia, vyznačujúci sa vysokou rýchlosťou metabolizmu a tvorbou veľkého množstva tepla. Na rozdiel od poikilotermných živočíchov sa u teplokrvných živočíchov pôsobením chladu oxidačné procesy nezoslabujú, ale zintenzívňujú. U mnohých zvierat vzniká dodatočné teplo v dôsledku svalov a tukového tkaniva. Cicavce majú špecializované hnedé tukové tkanivo, v ktorom sa všetka uvoľnená energia využíva na zahrievanie tela. Najrozvinutejšie je u zvierat v chladnom podnebí. Udržiavanie telesnej teploty zvyšovaním produkcie tepla si vyžaduje veľký výdaj energie, preto zvieratá so zvýšenou chemickou reguláciou potrebujú veľké množstvo potravy alebo míňajú veľa tukových zásob. Posilňovanie chemickej regulácie má preto limity vzhľadom na možnosť získavania potravy. Pri nedostatku potravy v zime je tento spôsob termoregulácie ekologicky nepriaznivý.

Fyzická termoregulácia environmentálne výhodnejšie, pretože adaptácia na chlad sa vykonáva udržiavaním tepla v tele zvieraťa. Jeho faktormi sú koža, hustá srsť cicavcov, perie a páperie vtákov, telesný tuk, odparovanie vody potením alebo sliznicami ústnej dutiny a horných dýchacích ciest, veľkosť a tvar tela zvieraťa. Na zníženie prenosu tepla sú výhodnejšie veľké telesá (čím väčšie teleso, tým menší jeho povrch na jednotku hmotnosti a následne prenos tepla a naopak). Z tohto dôvodu sú jedince blízko príbuzných druhov teplokrvných živočíchov, ktoré žijú v chladných podmienkach, väčšie ako tie, ktoré sú bežné v teplom podnebí. Tento vzor bol pomenovaný Bergmanove pravidlá. Regulácia teploty sa vykonáva aj cez vyčnievajúce časti tela - ušnice, končatiny, chvosty, čuchové orgány. V chladných oblastiach bývajú menšie ako v teplejších oblastiach ( Allenovo pravidlo). Pre homoiotermné organizmy je to tiež dôležité behaviorálne metódy termoregulácie, ktoré sú veľmi rôznorodé – od zmeny postoja a hľadania úkrytov až po stavbu zložitých úkrytov, hniezd, až po realizáciu blízkych i vzdialených migrácií. Niektoré teplokrvné živočíchy používajú skupinové správanie. Napríklad tučniaky v silných mrazoch sa k sebe tlačia v hustej hromade. Vo vnútri takého klastra sa teplota udržiava na približne + 37 ° C aj pri najťažších mrazoch. Ťavy na púšti v extrémnych horúčavách sa tiež túlia, ale to sa dosahuje zamedzením silného zahrievania povrchu tela.

Kombinácia rôznych metód chemickej, fyzikálnej a behaviorálnej termoregulácie umožňuje teplokrvným živočíchom udržiavať stálu telesnú teplotu v širokom rozsahu kolísania teploty prostredia.

vodný režim. Normálne fungovanie tela je možné len s dostatočným prísunom vody. Režimy vlhkosti v prostredí zem-vzduch sú veľmi rôznorodé – od úplného nasýtenia vzduchu vodnou parou vo vlhkých trópoch až po takmer úplnú absenciu vlhkosti vo vzduchu a v púštnej pôde. Napríklad na Sinajskej púšti sú ročné zrážky 10-15 mm a v Líbyjskej púšti (v Asuáne) sa nevyskytujú vôbec. Zásoba suchozemských organizmov vodou závisí od spôsobu zrážok, dostupnosti zásob pôdnej vlhkosti, nádrží, hladín podzemných vôd, terénu, charakteristík atmosférickej cirkulácie atď. To viedlo k vývoju mnohých adaptácií suchozemských organizmov na vlhkosť rôznych biotopov. režimov.

Prispôsobenie rastlín vodnému režimu. Rastliny na nižšej zemi absorbujú vodu zo substrátu časťami talu alebo rizoidov ponorených do neho a vlhkosť z atmosféry - celým povrchom tela.

Spomedzi vyšších rastlín machy absorbujú vodu z pôdy rizoidmi alebo spodnou časťou stonky (sphagnum machy) a väčšina ostatných koreňmi. Prítok vody do rastliny závisí od veľkosti sacej sily koreňových buniek, stupňa rozvetvenia koreňového systému a hĺbky prieniku koreňov do pôdy. Koreňové systémy sú veľmi plastické a reagujú na meniace sa podmienky, predovšetkým vlhkosť.

Pri nedostatku vlahy v povrchových horizontoch pôdy má mnoho rastlín koreňový systém, ktorý preniká hlboko do pôdy, ale slabo sa rozvetvuje, ako napr. obilniny sa naopak silne rozvetvujú a rastú v povrchových vrstvách pôdy (v raži, pšenici, pernatej tráve atď.). Voda, ktorá sa dostane do rastliny, je prenášaná cez xylém do všetkých orgánov, kde sa vynakladá na životné procesy. V priemere 0,5% ide na fotosyntézu a zvyšok - na doplnenie strát z odparovania a udržanie turgoru. Vodná bilancia rastliny zostáva vyvážená, ak sú absorpcia vody, jej vedenie a výdaj harmonicky navzájom koordinované. V závislosti od schopnosti regulovať vodnú rovnováhu svojho tela sa pozemné rastliny delia na poikilohydrid a homoiohydrid.

poikilohydridové rastliny nedokážu aktívne regulovať svoju vodnú bilanciu. Nemajú zariadenia, ktoré pomáhajú zadržiavať vodu v tkanivách. Obsah vody v bunkách je určený vlhkosťou vzduchu a závisí od jej kolísania. Poikilohydridové rastliny zahŕňajú suchozemské riasy, lišajníky, niektoré machy a paprade dažďových pralesov. V období sucha tieto rastliny vyschnú takmer do suchého stavu, no po daždi opäť „ožijú“ a zozelenajú.

Homoyohydridové rastliny schopný udržiavať relatívne konštantnú úroveň obsahu vody v bunkách. Patrí medzi ne väčšina vyšších suchozemských rastlín. Vo svojich bunkách majú veľkú centrálnu vakuolu, takže vždy je tam zásoba vody. Okrem toho je transpirácia regulovaná stomatálnym aparátom a výhonky sú pokryté epidermou s kutikulou, ktorá nie je priepustná pre vodu.

Schopnosť rastlín regulovať metabolizmus vody však nie je rovnaká. V závislosti od ich adaptability na podmienky vlhkosti biotopu sa rozlišujú tri hlavné ekologické skupiny: hygrofyty, xerofyty a mezofyty.

Hygrofyty- sú to rastliny vlhkých biotopov: močiare, vlhké lúky a lesy, brehy nádrží. Neznášajú nedostatok vody, na pokles pôdnej a vzdušnej vlhkosti reagujú rýchlym vädnutím alebo brzdením rastu. Ich čepele listov sú široké, bez hrubej kutikuly. Bunky mezofylu sú umiestnené voľne, medzi nimi sú veľké medzibunkové priestory. Prieduchy hygrofytov sú zvyčajne široko otvorené a často sa nachádzajú na oboch stranách listovej čepele. V dôsledku toho je ich rýchlosť transpirácie veľmi vysoká. V niektorých rastlinách na veľmi vlhkých stanovištiach sa prebytočná voda odstraňuje cez hydatódy (vodné prieduchy) umiestnené pozdĺž okraja listu. Nadmerná vlhkosť pôdy vedie k zníženiu obsahu kyslíka v nej, čo sťažuje dýchanie a saciu funkciu koreňov. Preto sa korene hygrofytov nachádzajú v povrchových horizontoch pôdy, slabo sa rozvetvujú a je na nich málo koreňových vláskov. Orgány mnohých bylinných hygrofytov majú dobre vyvinutý systém medzibunkových priestorov, cez ktoré vstupuje atmosférický vzduch. V rastlinách, ktoré žijú na silne podmáčaných pôdach, pravidelne zaplavovaných vodou, sa vytvárajú špeciálne dýchacie korene, ako napríklad cyprus močiarny, alebo nosné, ako napríklad mangrovové dreviny.

Xerofyty schopný tolerovať výraznú dlhotrvajúcu suchosť vzduchu a pôdy v aktívnom stave. Sú široko rozšírené v stepiach, púšťach, suchých subtrópoch atď. V miernom klimatickom pásme sa usadzujú na suchých piesočnatých a piesočnatých hlinitých pôdach, vo vyvýšených oblastiach reliéfu. Schopnosť xerofytov znášať nedostatok vlahy je spôsobená ich anatomickými, morfologickými a fyziologickými vlastnosťami. Z tohto dôvodu sú rozdelené do dvoch skupín: sukulenty a sklerofyty.

sukulenty- viacročné rastliny so šťavnatými dužinatými listami alebo stonkami, v ktorých je silne vyvinuté tkanivo na zadržiavanie vody. Existujú sukulenty listov - aloe, agáve, rozchodník, mladé a stonky, v ktorých sú listy redukované a prízemné časti sú zastúpené dužinatými stonkami (kaktusy, niektoré pryšce). Charakteristickou črtou sukulentov je schopnosť uchovávať veľké množstvo vody a používať ju mimoriadne šetrne. Ich rýchlosť transpirácie je veľmi nízka, keďže prieduchov je veľmi málo, často sú ponorené do tkaniva listov alebo stonky a cez deň sú zvyčajne uzavreté, čo im pomáha obmedziť spotrebu vody. Uzavretie prieduchov počas dňa vedie k ťažkostiam v procesoch fotosyntézy a výmeny plynov, preto sukulenty vyvinuli špeciálny spôsob fotosyntézy, pri ktorom sa čiastočne využíva oxid uhličitý uvoľnený počas dýchania. V tomto ohľade je intenzita fotosyntézy v nich nízka, čo súvisí s pomalým rastom a skôr nízkou konkurencieschopnosťou. Sukulenty sa vyznačujú nízkym osmotickým tlakom bunkovej šťavy, s výnimkou tých, ktoré rastú na slaných pôdach. Ich koreňový systém je povrchový, vysoko rozvetvený a rýchlo rastúci.

Sklerofyty sú tvrdé, sucho vyzerajúce rastliny vďaka veľkému množstvu mechanického pletiva a nízkej zálievke listov a stoniek. Listy mnohých druhov sú malé, úzke alebo redukované na šupiny, tŕne; často majú hustú pubescenciu (mačacia labka, škorica strieborná, veľa paliny, atď.) alebo voskový povlak (ruská nevädza atď.). Ich koreňový systém je dobre vyvinutý a často mnohonásobne väčší v celkovej hmotnosti ako nadzemné časti rastlín. Rôzne fyziologické adaptácie tiež pomáhajú sklerofytom úspešne odolávať nedostatku vlhkosti: vysoký osmotický tlak bunkovej šťavy, odolnosť voči dehydratácii tkaniva, vysoká schopnosť tkanív a buniek zadržiavať vodu v dôsledku vysokej viskozity cytoplazmy. Mnohé sklerofyty využívajú na vegetáciu najpriaznivejšie obdobia roka a keď nastane sucho, prudko obmedzia životne dôležité procesy. Všetky vyššie uvedené vlastnosti xerofytov prispievajú k ich odolnosti voči suchu.

Mezofyty rastú v podmienkach strednej vlhkosti. Sú náročnejšie na vlahu ako xerofyty a menej ako hygrofyty. Pletiva listov mezofytov sa rozlišujú na stĺpovitý a hubovitý parenchým. Krycie tkanivá môžu mať niektoré xeromorfné znaky (riedka pubescencia, zhrubnutá vrstva kutikuly). Ale sú menej výrazné ako u xerofytov. Koreňové systémy môžu prenikať hlboko do pôdy alebo sa môžu nachádzať v povrchových horizontoch. z hľadiska ich ekologických potrieb sú mezofyty veľmi rôznorodou skupinou. Medzi lúčnymi a lesnými mezofytmi sú teda druhy so zvýšenou vlahou, ktoré sa vyznačujú vysokým obsahom vody v pletivách a dosť slabou schopnosťou zadržiavať vodu. Sú to lipňa lúčna, lipnica močiarna, lúčna tráva, golokuchník Linné a mnohé ďalšie.

Na stanovištiach s periodickým alebo stálym (miernym) nedostatkom vlahy majú mezofyty znaky xeromorfnej organizácie a zvýšenú fyziologickú odolnosť voči suchu. Príkladmi takýchto rastlín sú dub letný, ďatelina horská, plantain stredný, lucerna polmesiaca atď.

Adaptácie zvierat. Vo vzťahu k vodnému režimu medzi živočíchmi možno rozlíšiť hygrofilov (vlhkomilných), xerofilov (suchomilných) a mezofilov (preferujúcich priemerné vlahové pomery). Príkladom hygrofilov sú lykožrúty, komáre, chvostoskoky, vážky a pod. Všetky neznášajú výrazný deficit vody a neznášajú ani krátkodobé sucho. Xerofilné sú varany, ťavy, púštne kobylky, čierne chrobáky atď.Obývajú najsuchšie biotopy.

Zvieratá získavajú vodu pitím, jedlom a oxidáciou organických látok. Mnohé cicavce a vtáky (slony, levy, hyeny, lastovičky, rorýsy atď.) potrebujú pitnú vodu. Púštne druhy ako jerboas, africké pieskomily a americký klokan potkan sa zaobídu bez pitnej vody. Húsenice mola šatového, nosáca ryžového a ryžového a mnohé ďalšie žijú výlučne vďaka metabolickej vode.

Zvieratá sa vyznačujú spôsobmi regulácie vodnej bilancie: morfologické, fyziologické, behaviorálne.

Komu morfologické Metódy udržiavania vodnej rovnováhy zahŕňajú útvary, ktoré pomáhajú zadržiavať vodu v tele: ulity suchozemských slimákov, keratinizované vrstvy plazov, slabá priepustnosť kožných vrstiev hmyzu pre vodu atď. Ukazuje sa, že priepustnosť vrstiev hmyzu nezávisí od štruktúra chitínu, ale je určená najtenšou voskovou vrstvou pokrývajúcou jeho povrch. Deštrukcia tejto vrstvy dramaticky zvyšuje odparovanie cez kryty.

Komu fyziologické k úpravám na reguláciu vodného metabolizmu patrí schopnosť tvorby metabolickej vlhkosti, šetrenie vodou pri vylučovaní moču a stolice, odolnosť voči dehydratácii, zmeny potenia a straty vody sliznicami. Zachovanie vody v tráviacom trakte sa dosiahne absorpciou vody črevami a tvorbou takmer dehydrovaných výkalov. U vtákov a plazov je konečným produktom metabolizmu dusíka kyselina močová, na odstránenie ktorej sa nespotrebováva prakticky žiadna voda. Aktívnu reguláciu potenia a odparovania vlhkosti z povrchu dýchacieho traktu hojne využívajú homeotermické živočíchy. Napríklad u ťavy sa v najextrémnejších prípadoch nedostatku vlhkosti zastaví potenie a prudko sa zníži odparovanie z dýchacích ciest, čo vedie k zadržiavaniu vody v tele. Vyparovanie spojené s potrebou termoregulácie môže spôsobiť dehydratáciu organizmu, preto sa mnohé malé teplokrvné živočíchy v suchom a horúcom podnebí vyhýbajú pôsobeniu tepla a zachovávajú si vlhkosť tým, že sa schovávajú pod zemou.

U poikilotermných zvierat sa zvýšením telesnej teploty po zohriatí vzduchu zabráni nadmernej strate vody, ale nedokážu sa úplne vyhnúť stratám odparovaním. Preto je pre studenokrvné živočíchy hlavným spôsobom udržania vodnej rovnováhy počas života v suchých podmienkach vyhýbanie sa nadmernej tepelnej záťaži. Preto v komplexe adaptácií na vodný režim suchozemského prostredia, resp. spôsoby správania regulácia vodnej bilancie. Patria sem špeciálne formy správania: kopanie dier, vyhľadávanie vodných plôch, výber biotopov atď. Toto je obzvlášť dôležité pre bylinožravé a zrnožravé zvieratá. Pre mnohé z nich je prítomnosť vodných plôch nevyhnutným predpokladom pre usadzovanie sa v suchých oblastiach. Napríklad distribúcia takých druhov, ako je byvol kapský, vodák a niektoré antilopy, v púšti úplne závisí od dostupnosti napájadiel. Mnoho plazov a malých cicavcov žije v norách, kde relatívne nízke teploty a vysoká vlhkosť podporujú výmenu vody. Vtáky často používajú dutiny, tienisté koruny stromov atď.