Những yếu tố môi trường bao gồm độ ẩm? Các yếu tố vật lí

Các yếu tố vật lý quan trọng nhất quyết định sự phát triển của vi sinh vật là độ ẩm, nhiệt độ, năng lượng bức xạ, sóng vô tuyến, siêu âm, nồng độ các chất hòa tan trong nước, áp suất.

Đặc điểm của độ ẩm như một yếu tố môi trường phi sinh học

Đối với sự phát triển của vi sinh vật, nước tự do là cần thiết vì chất dinh dưỡng chỉ xâm nhập vào tế bào ở trạng thái hòa tan. Trạng thái của nước làm dung môi trong sản phẩm được biểu thị bằng hoạt độ của nước Aw - tỷ số giữa áp suất hơi nước của dung dịch (cơ chất) P và dung môi nguyên chất (nước) P0 ở cùng nhiệt độ. Do đó, Aw=P/P0. Hoạt độ của nước bằng số với độ ẩm tương đối cân bằng, được biểu thị dưới dạng phân số nhỏ hơn đơn vị. Hoạt độ của nước cất bằng 1 và tương ứng với độ ẩm không khí tương đối là 100%. Hoạt độ nước của dung dịch có áp suất hơi cân bằng với độ ẩm không khí tương đối 97% là 0,97.

Hoạt động sống còn của vi sinh vật được thực hiện ở Aw từ 0,999 đến 0,62. Đối với mỗi vi sinh vật, các ranh giới này được xác định chính xác, không đổi và phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH của môi trường, lượng chất dinh dưỡng sẵn có, v.v. Tùy theo nhu cầu về độ ẩm, vi sinh vật được chia thành ba nhóm: hydrophytes - ưa ẩm, mesophytes - vừa phải. ưa ẩm, xerophytes - ưa khô.

Hydrophytes đòi hỏi khắt khe nhất về sự hiện diện của độ ẩm trong môi trường. Chúng bao gồm tất cả các vi khuẩn và nấm men. Hầu hết vi khuẩn không phát triển khi Aw của cơ chất dưới 0,94 - 0,90; đối với nấm men giá trị giới hạn Aw0,88 là 0,05. Nhiều loại nấm là thực vật trung mô, mặc dù trong số đó có xerophyte và hydrophytes. Như vậy, nấm thuộc chi Aspergillus phát triển với cơ chất Aw từ 0,75 - 0,62. Xerophytes có thể phát triển trong điều kiện thiếu độ ẩm.

Các vi sinh vật khác nhau chịu đựng những thay đổi trong Aw một cách khác nhau. Một số vi sinh vật (chi Acetobacter và Acetomonas, một số vi sinh vật gây thối rữa và một số vi sinh vật gây bệnh) rất đòi hỏi độ ẩm và khi giá trị Aw giảm (khô) chúng nhanh chóng chết. Các vi sinh vật khác (các giống Lactobacter, Mycobacteria, Salmonella, Staphylococcus và Micrococcus) có thể tồn tại ở trạng thái khô khá lâu. Nhiều loại nấm men và đặc biệt là bào tử của vi khuẩn và nấm cực nhỏ, có khả năng nảy mầm trong nhiều thập kỷ, có khả năng chống khô. Vi khuẩn ưa muối (ưa muối) không bị ảnh hưởng bởi hoạt động của nước.

Các yếu tố môi trường phi sinh học bao gồm chất nền và thành phần của nó, độ ẩm, ánh sáng và các loại bức xạ khác trong tự nhiên, thành phần của nó và vi khí hậu. Cần lưu ý rằng nhiệt độ, thành phần không khí, độ ẩm và ánh sáng có thể được phân loại một cách có điều kiện là “riêng lẻ”, và chất nền, khí hậu, vi khí hậu, v.v. - là các yếu tố “phức tạp”.

Chất nền (theo nghĩa đen) là nơi gắn kết. Ví dụ, đối với các dạng thực vật thân gỗ và thân thảo, đối với vi sinh vật đất thì đây là đất. Trong một số trường hợp, chất nền có thể được coi là đồng nghĩa với môi trường sống (ví dụ, đất là môi trường sống phù du). Chất nền được đặc trưng bởi một thành phần hóa học nhất định ảnh hưởng đến sinh vật. Nếu chất nền được hiểu là môi trường sống, thì trong trường hợp này, nó đại diện cho một phức hợp các yếu tố sinh học và phi sinh học đặc trưng mà sinh vật này hoặc sinh vật đó thích nghi.

Đặc điểm của nhiệt độ như một yếu tố môi trường phi sinh học

Nhiệt độ là yếu tố môi trường gắn liền với động năng trung bình của chuyển động của hạt và được biểu thị bằng độ trên các thang đo khác nhau. Thang đo phổ biến nhất là độ C (°C), dựa trên sự giãn nở của nước (điểm sôi của nước là 100°C). SI áp dụng thang đo nhiệt độ tuyệt đối, trong đó điểm sôi của nước là T bp. nước = 373 K.

Rất thường xuyên, nhiệt độ là yếu tố giới hạn quyết định khả năng (không thể) sống của các sinh vật trong một môi trường sống cụ thể.

Theo bản chất của nhiệt độ cơ thể, tất cả các sinh vật được chia thành hai nhóm: nhiệt độ cơ thể của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và gần giống với nhiệt độ môi trường) và nhiệt độ gia nhiệt (nhiệt độ cơ thể của chúng không phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài và ít nhiều không đổi: nếu nó dao động thì nó nằm trong giới hạn nhỏ - phân số của một độ).

Động vật nhiệt sinh bao gồm sinh vật thực vật, vi khuẩn, vi rút, nấm, động vật đơn bào, cũng như động vật có mức độ tổ chức tương đối thấp (cá, động vật chân đốt, v.v.).

Homeotherms bao gồm các loài chim và động vật có vú, bao gồm cả con người. Nhiệt độ cơ thể ổn định làm giảm sự phụ thuộc của sinh vật vào nhiệt độ của môi trường bên ngoài, khiến nó có thể lây lan khắp nơi. hơn hốc sinh thái cả về phân bố theo vĩ độ và chiều dọc trên khắp hành tinh. Tuy nhiên, ngoài cơ chế cân nhiệt, các sinh vật còn phát triển khả năng thích nghi để khắc phục ảnh hưởng của nhiệt độ thấp.

Dựa trên bản chất chịu đựng nhiệt độ thấp, thực vật được chia thành ưa nhiệt và chịu lạnh. Cây ưa nhiệt bao gồm các loại cây miền Nam (chuối, cây cọ, các giống cây táo miền Nam, lê, đào, nho, v.v.). Thực vật chịu lạnh bao gồm thực vật ở vĩ độ trung và bắc, cũng như thực vật mọc cao trên núi (ví dụ: rêu, địa y, thông, vân sam, linh sam, lúa mạch đen, v.v.). TRONG Lối đi giữaỞ Nga, người ta trồng nhiều loại cây ăn quả chịu sương giá, được các nhà lai tạo đặc biệt lai tạo. Những thành công lớn đầu tiên trong lĩnh vực này đã đạt được bởi I.V. Michurin và các nhà lai tạo dân gian khác.

Chỉ tiêu phản ứng của cơ thể với yếu tố nhiệt độ (đối với từng sinh vật) thường hẹp, tức là. một sinh vật cụ thể có thể hoạt động bình thường trong một phạm vi nhiệt độ khá hẹp. Do đó, động vật có xương sống ở biển sẽ chết khi nhiệt độ tăng lên 30-32°C. Nhưng đối với vật chất sống nói chung, giới hạn ảnh hưởng của nhiệt độ mà sự sống được bảo tồn là rất rộng. Vì vậy, ở California, trong các suối nước nóng có một loài cá thường hoạt động ở nhiệt độ 52 ° C và vi khuẩn chịu nhiệt sống trong mạch nước phun có thể chịu được nhiệt độ lên tới 80 ° C (đây là nhiệt độ “bình thường” đối với họ). Một số người sống ở sông băng ở nhiệt độ -44°C, v.v.

Vai trò của nhiệt độ như một yếu tố môi trường xuất phát từ thực tế là nó ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất: khi nhiệt độ thấp Tốc độ phản ứng hữu cơ sinh học chậm lại rất nhiều và ở tốc độ cao nó tăng lên đáng kể, dẫn đến mất cân bằng trong quá trình sinh hóa, gây ra nhiều bệnh khác nhau và đôi khi tử vong.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh vật thực vật

Nhiệt độ không chỉ là yếu tố quyết định khả năng sống của thực vật trong một khu vực cụ thể mà đối với một số loài thực vật, nó còn ảnh hưởng đến quá trình phát triển của chúng. Do đó, các giống lúa mì và lúa mạch đen mùa đông, trong quá trình nảy mầm không trải qua quá trình “mùa xuân hóa” (tiếp xúc với nhiệt độ thấp), sẽ không tạo ra hạt khi được trồng trong điều kiện thuận lợi nhất.

Để chịu được tác động của nhiệt độ thấp, thực vật có nhiều cách thích nghi khác nhau.

1. Vào mùa đông, tế bào chất mất nước và tích tụ các chất có tác dụng “chống đông” (monosacarit, glycerin và các chất khác) - dung dịch đậm đặc của các chất đó chỉ đóng băng ở nhiệt độ thấp.

2. Sự chuyển đổi của cây sang giai đoạn (giai đoạn) chịu được nhiệt độ thấp - giai đoạn bào tử, hạt, củ, củ, thân rễ, rễ, v.v.. Các dạng cây thân gỗ và cây bụi rụng lá, thân được phủ bằng bần , có đặc tính cách nhiệt cao và các chất chống đông tích tụ trong tế bào sống.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cơ thể động vật

Nhiệt độ ảnh hưởng khác nhau đến động vật đẳng nhiệt và đẳng nhiệt.

Động vật biến nhiệt chỉ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu cho cuộc sống của chúng. Trong thời kỳ nhiệt độ thấp, chúng ngủ đông (lưỡng cư, bò sát, động vật chân đốt, v.v.). Một số côn trùng qua đông ở dạng trứng hoặc nhộng. Sự hiện diện của một sinh vật trong trạng thái ngủ đông được đặc trưng bởi trạng thái hoạt động lơ lửng, trong đó các quá trình trao đổi chất bị ức chế rất nhiều và cơ thể có thể không có thức ăn trong một thời gian dài. Động vật biến nhiệt cũng có thể ngủ đông khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Do đó, động vật ở các vĩ độ thấp hơn ở trong hang vào thời điểm nóng nhất trong ngày và thời kỳ hoạt động sống tích cực của chúng diễn ra vào sáng sớm hoặc tối muộn (hoặc chúng sống về đêm).

Các sinh vật động vật ngủ đông không chỉ do ảnh hưởng của nhiệt độ mà còn do các yếu tố khác. Vì vậy, một con gấu (động vật hằng nhiệt) ngủ đông vào mùa đông do thiếu thức ăn.

Động vật đẳng nhiệt ít phụ thuộc vào nhiệt độ trong các hoạt động sống của chúng, nhưng nhiệt độ ảnh hưởng đến chúng về mức độ sẵn có (thiếu) nguồn cung cấp thực phẩm. Những động vật này có những khả năng thích nghi sau để khắc phục ảnh hưởng của nhiệt độ thấp:

1) động vật di chuyển từ vùng lạnh hơn đến vùng ấm hơn (di cư của chim, di cư của động vật có vú);

2) thay đổi tính chất của lớp vỏ (lông hoặc bộ lông mùa hè được thay thế bằng lông mùa đông dày hơn; chúng tích tụ một lớp mỡ lớn - lợn rừng, hải cẩu, v.v.);

3) ngủ đông (ví dụ: gấu).

Động vật đẳng nhiệt có khả năng thích nghi để giảm tác động của nhiệt độ (cả cao và thấp). Như vậy, người có tuyến mồ hôi làm thay đổi tính chất bài tiết ở nhiệt độ cao (lượng bài tiết tăng lên), lòng thay đổi mạch máu trong da (ở nhiệt độ thấp nó giảm và ở nhiệt độ cao nó tăng lên), v.v.

Bức xạ là một yếu tố phi sinh học

Cả trong đời sống thực vật và đời sống động vật vai trò to lớn phát ra nhiều loại bức xạ khác nhau xâm nhập vào hành tinh từ bên ngoài (tia mặt trời) hoặc được giải phóng từ ruột Trái đất. Ở đây chúng ta sẽ chủ yếu xem xét bức xạ mặt trời.

Bức xạ mặt trời không đồng nhất và bao gồm các sóng điện từ có độ dài khác nhau và do đó có năng lượng khác nhau. Các tia thuộc cả quang phổ nhìn thấy được và vô hình đều chạm tới bề mặt Trái đất. Các tia quang phổ vô hình bao gồm tia hồng ngoại và tia cực tím, và các tia trong quang phổ khả kiến ​​có bảy tia dễ phân biệt nhất (từ đỏ đến tím). lượng tử bức xạ tăng dần từ hồng ngoại đến tử ngoại (tức là tia tử ngoại chứa lượng tử sóng ngắn nhất và năng lượng cao nhất).

Tia nắng có một số chức năng quan trọng đối với môi trường:

1) nhờ các tia mặt trời, một chế độ nhiệt độ nhất định được thực hiện trên bề mặt Trái đất, có tính chất vĩ độ và đới thẳng đứng;

Tuy nhiên, trong trường hợp không có tác động của con người, thành phần của không khí có thể thay đổi tùy theo độ cao (càng lên cao, hàm lượng oxy và carbon dioxide càng giảm vì những khí này nặng hơn nitơ). Không khí của các khu vực ven biển được làm giàu bằng hơi nước, chứa muối biển ở trạng thái hòa tan. Không khí của rừng khác với không khí của cánh đồng ở chỗ tạp chất của các hợp chất do nhiều loại thực vật thải ra (ví dụ, không khí của rừng thông chứa một lượng lớn chất nhựa và este có tác dụng tiêu diệt mầm bệnh, vì vậy không khí này có tác dụng chữa bệnh. bệnh nhân mắc bệnh lao).

Yếu tố phi sinh học phức tạp quan trọng nhất là khí hậu.

Khí hậu là yếu tố phi sinh học được tích lũy, bao gồm thành phần và mức độ nhất định bức xạ năng lượng mặt trời, mức độ tiếp xúc với nhiệt độ, độ ẩm và chế độ gió nhất định. Khí hậu còn phụ thuộc vào tính chất của thảm thực vật phát triển ở một khu vực nhất định và vào địa hình.

Có một sự phân vùng khí hậu theo vĩ độ và chiều dọc nhất định trên Trái đất. Có khí hậu nhiệt đới ẩm, cận nhiệt đới, lục địa khắc nghiệt và các loại khí hậu khác.

Lặp lại thông tin về nhiều loại khác nhau khí hậu theo sách giáo khoa địa lý vật lý. Hãy xem xét các đặc điểm khí hậu của khu vực bạn sống.

Khí hậu với tư cách là yếu tố tích lũy hình thành nên một hoặc một loại thảm thực vật (thực vật) khác và một loại động vật có liên quan chặt chẽ với nhau. Các khu định cư của con người có ảnh hưởng lớn đến khí hậu. Khí hậu những thành phố lớn khác với khí hậu của khu vực ngoại thành.

So sánh chế độ nhiệt độ của thành phố nơi bạn sống và chế độ nhiệt độ của khu vực có thành phố.

Theo quy luật, nhiệt độ trong thành phố (đặc biệt là ở trung tâm) luôn cao hơn trong khu vực.

Vi khí hậu có liên quan chặt chẽ với khí hậu. Nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện của vi khí hậu là do sự khác biệt về địa hình trong một lãnh thổ nhất định, sự hiện diện của các hồ chứa, dẫn đến sự thay đổi điều kiện ở các vùng lãnh thổ khác nhau của một vùng khí hậu nhất định. Ngay cả trong một khu vực tương đối nhỏ của ngôi nhà mùa hè, ở một số khu vực nhất định, các điều kiện phát triển thực vật khác nhau có thể phát sinh do các điều kiện ánh sáng khác nhau.

Nước là hợp chất hóa học phổ biến nhất trên bề mặt Trái đất và đồng thời là hợp chất tuyệt vời nhất. Nó là chất duy nhất được tìm thấy trong tự nhiên đồng thời ở cả ba trạng thái kết tụ - rắn, lỏng và khí. Nước là một dung môi phổ quát.

Nước là một hợp chất hóa học rất mạnh. Nó có sức căng bề mặt cao nhất trong tất cả các chất lỏng, khiến nó có tính mao dẫn cao.

Nước khí - hơi nước - nhẹ hơn không khí, cho phép hình thành mây, vận chuyển nước trong khí quyển và kết tủa. Khả năng đệm nhiệt lớn của địa quyển phần lớn là do các đặc tính của nước như nhiệt độ cao nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt cao của phản ứng tổng hợp và hóa hơi. Của cải

Nhiều chất hòa tan trong nước, cũng như cấu trúc sinh học phân tử, phụ thuộc đáng kể vào cấu hình phức hợp hydrat của nước liên kết.

Nước là yếu tố môi trường quan trọng nhất đối với các sinh vật sống và là thành phần thường trực của chúng, được phản ánh trong bảng.

VỚI điểm sinh thái Về mặt nước, nước là yếu tố hạn chế ở cả môi trường sống trên cạn và dưới nước nếu số lượng của nó thay đổi đột ngột (thủy triều cao) hoặc cơ thể bị mất đi trong nước có độ mặn cao do thẩm thấu.

Trong môi trường đất-không khí, yếu tố phi sinh học này được đặc trưng bởi lượng mưa, độ ẩm, tính chất làm khô của không khí và diện tích trữ nước sẵn có.

Lượng mưa được xác định bởi các điều kiện vật lý và địa lý và không đồng đều trên toàn cầu. Nhưng đối với sinh vật, yếu tố hạn chế quan trọng nhất là sự phân bố lượng mưa theo mùa. Ở các vĩ độ ôn đới, ngay cả khi có đủ lượng mưa hàng năm, sự phân bố không đồng đều của nó có thể dẫn đến cái chết của thực vật do hạn hán hoặc ngược lại, ngập úng. Ở vùng nhiệt đới

vùng, các sinh vật phải trải qua mùa mưa và mùa khô, điều hòa hoạt động theo mùa ở nhiệt độ ổn định gần như quanh năm.

Thực vật thích nghi với điều kiện sa mạc có chứa chất ức chế nảy mầm, chất này chỉ bị cuốn trôi khi có một lượng mưa nhất định đủ cho thảm thực vật (ví dụ: 10 mm) và chỉ sau đó nó mới nảy mầm. Một đợt “nở hoa sa mạc” ngắn hạn bắt đầu (thường là vào mùa xuân).

Độ ẩm môi trường không khí- lượng hơi nước chứa trong một đơn vị thể tích không khí ở nhiệt độ nhất định. Tuy nhiên, khái niệm độ ẩm tương đối thường được sử dụng nhiều hơn, tức là tỷ lệ độ ẩm tuyệt đối với lượng hơi nước có thể bão hòa. không gian nhất địnhở một nhiệt độ nhất định.

Do đó, khả năng độ ẩm làm thay đổi ảnh hưởng của nhiệt độ: độ ẩm giảm xuống dưới một giới hạn nhất định ở nhiệt độ nhất định dẫn đến hiệu ứng làm khô không khí, có ý nghĩa sinh thái quan trọng nhất đối với thực vật.

Phần lớn thực vật hấp thụ nước từ đất thông qua hệ thống rễ của chúng.

Đất khô làm cho việc hấp thụ khó khăn. Sự thích nghi của thực vật với những điều kiện như vậy là sự gia tăng lực hút và bề mặt rễ hoạt động. Độ lớn của lực này ở rễ của vùng ôn đới là từ 2 đến 4 ⋅ 106 Pa, và ở thực vật ở vùng khô hạn - lên tới 6 ⋅ 106 Pa.

Sau khi lượng nước sẵn có trong một thể tích nhất định được chọn, rễ sẽ phát triển sâu hơn vào trong và ngang, và hệ thống rễ có thể đạt tới, chẳng hạn như trong ngũ cốc, chiều dài 13 km trên 1000 cm3 đất (không có lông rễ) (Hình 5.9) ).

Nước được sử dụng cho quá trình quang hợp, chỉ khoảng 0,5% được tế bào hấp thụ và 97-99% được sử dụng cho quá trình thoát hơi nước - bốc hơi qua lá. Khi có đủ nước và chất dinh dưỡng, cây sinh trưởng tỷ lệ thuận với sự thoát hơi nước và hiệu quả sẽ cao nhất. Hiệu suất thoát hơi nước là tỷ lệ tăng trưởng (sản lượng ròng) trên lượng nước thoát ra. Nó được đo bằng gam chất khô trên 1000 g nước. Đối với hầu hết các loại thực vật, thậm chí hầu hết các loại cây chịu hạn, nó bằng hai, tức là 500 g nước được sử dụng để thu được mỗi gam vật chất sống. Hình thức thích ứng chính không phải là giảm thoát hơi nước mà là ngừng tăng trưởng trong thời kỳ hạn hán.

Tùy thuộc vào phương pháp thích ứng của thực vật với độ ẩm, một số nhóm sinh thái được phân biệt: hygrophytes - thực vật trên cạn sống trong đất rất ẩm và điều kiện có độ ẩm cao (lúa, cây cói, dương xỉ, cattail, cói, cây me chua, nam việt quất, cây đầm lầy); mesophytes - chịu được hạn hán nhẹ (cây thân gỗ ở các vùng khí hậu khác nhau, cây thân thảo của rừng sồi, hầu hết các loại cây được trồng, v.v.); xerophytes - thực vật sa mạc, ste-

pei, thảo nguyên, cận nhiệt đới khô, cồn cát và các sườn dốc khô, nóng, có khả năng tích tụ độ ẩm trong lá và thân thịt - các loài mọng nước (lô hội, xương rồng, v.v.), cũng như các loài thực vật xơ cứng - có lực hút lớn của rễ và có khả năng làm giảm sự thoát hơi nước của cây có lá nhỏ hẹp (ngải lạnh, edelweiss edelweiss, cỏ lông, cây roi nhỏ, v.v.).

Các đặc điểm cấu trúc và sinh lý của hygrophytes được thiết kế để liên tục loại bỏ độ ẩm dư thừa. Điều này được thực hiện bằng sự thoát hơi nước mạnh, khác rất ít so với sự bốc hơi vật lý. Độ ẩm dư thừa cũng được loại bỏ bằng cách rút ruột - giải phóng nước thông qua các tế bào bài tiết đặc biệt nằm dọc theo mép lá. Độ ẩm quá mức cản trở sự thông khí và do đó hô hấp

và hoạt động hút của rễ, do đó việc loại bỏ độ ẩm dư thừa thể hiện sự đấu tranh của thực vật để tiếp cận không khí.

Các đặc điểm cấu trúc và sinh lý của xerophyte nhằm mục đích khắc phục tình trạng thiếu độ ẩm vĩnh viễn hoặc tạm thời trong đất hoặc không khí. Vấn đề này được giải quyết bằng ba cách: 1) khai thác (hút) nước hiệu quả; 2) sử dụng tiết kiệm; 3) khả năng chịu đựng tổn thất nước lớn.

Xerophytes có thể hút nước chuyên sâu từ đất nhờ hệ thống rễ phát triển tốt. Xét về tổng khối lượng, hệ thống rễ của xerophytes lớn hơn khoảng 10, và đôi khi gấp 300-400 lần so với các bộ phận trên mặt đất. Chiều dài của rễ có thể đạt tới 10-15 m, và đối với saxaul đen - 30-40 m, cho phép thực vật sử dụng độ ẩm của các tầng đất sâu, và trong vài trường hợp- và nước ngầm. Ngoài ra còn có hệ thống rễ phát triển tốt, bề ngoài,

có khả năng hấp thụ lượng mưa nhỏ trong khí quyển, chỉ tưới cho các tầng đất phía trên.

Việc tiêu thụ độ ẩm một cách kinh tế của xerophytes được đảm bảo bởi thực tế là lá của chúng nhỏ, hẹp, cứng, có lớp biểu bì dày, lớp biểu bì có thành dày nhiều lớp và một lượng lớn các mô cơ học nên ngay cả khi mất nhiều nước, lá vẫn không bị mất đi độ đàn hồi và sức trương. Tế bào lá nhỏ, dày đặc nên bề mặt bay hơi bên trong giảm đi rất nhiều.

Ngoài ra, xerophytes còn làm tăng áp suất thẩm thấu của nhựa tế bào, do đó chúng có thể hấp thụ nước ngay cả khi lực loại bỏ nước trong đất cao.

Sự thích nghi sinh lý cũng bao gồm khả năng giữ nước cao của tế bào và mô, do độ nhớt và độ đàn hồi cao của tế bào chất, một tỷ lệ đáng kể của nước liên kết trong tổng lượng nước cung cấp, v.v. Điều này cho phép xerophyte chịu được tình trạng mất nước sâu của mô ( lên tới 75% tổng lượng nước cung cấp) mà không mất khả năng tồn tại. Ngoài ra, một trong những cơ sở sinh hóa của khả năng chống chịu hạn của cây trồng là duy trì hoạt động của enzyme trong quá trình mất nước sâu.

Mesophytes chiếm vị trí trung gian giữa hygrophytes và xerophytes. Chúng phổ biến ở những vùng có độ ẩm vừa phải với điều kiện ấm áp vừa phải và nguồn cung cấp dinh dưỡng khoáng khá tốt. Mesophytes bao gồm thực vật ở đồng cỏ, rừng thân thảo, cây rụng lá và cây bụi từ những vùng có khí hậu ẩm vừa phải, cũng như hầu hết các loại cây trồng và cỏ dại. Mesophytes được đặc trưng bởi độ dẻo sinh thái cao, cho phép chúng thích nghi với các điều kiện môi trường thay đổi. Những cách cụ thể để điều hòa trao đổi nước cho phép thực vật chiếm giữ những vùng đất có điều kiện môi trường đa dạng.

Do đó, sự đa dạng của các phương pháp thích ứng là nền tảng cho sự phân bố của thực vật trên Trái đất, nơi thiếu độ ẩm là một trong những vấn đề chính của thích ứng sinh thái.

12. Sự thích nghi của động vật với chế độ nước.

Liên quan đến nước giữa các loài động vật, bạn

được chia thành các nhóm sinh thái sau: hút ẩm (ưa ẩm) (rận gỗ, bọ bật, hành tinh trên cạn, muỗi, động vật thân mềm trên cạn và động vật lưỡng cư); xerophiles (ưa khô) (lạc đà, loài gặm nhấm sa mạc, bò sát), cũng như một nhóm trung gian - mesophiles (nhiều côn trùng, chim, động vật có vú).

Phương pháp điều chỉnh Sự cân bằng nướcđộng vật đa dạng hơn thực vật. Chúng có thể được chia thành hành vi, hình thái và sinh lý.

Thích nghi về hành vi bao gồm tìm kiếm các vùng nước, chọn môi trường sống, đào hang, v.v. Trong hang, độ ẩm không khí đạt tới 100%, giúp giảm sự bốc hơi qua da và tiết kiệm độ ẩm trong cơ thể.

Các phương pháp hình thái để duy trì cân bằng nước bình thường bao gồm các hình thành thúc đẩy khả năng giữ nước trong cơ thể: vỏ của động vật thân mềm trên cạn, không có tuyến da và sự sừng hóa của da bò sát, lớp biểu bì chitin hóa của côn trùng, v.v.

Sự thích nghi sinh lý để điều hòa chuyển hóa nước có thể được chia thành ba nhóm: 1) khả năng của một số loài tạo thành nước trao đổi chất và hài lòng với độ ẩm được cung cấp từ thức ăn (nhiều côn trùng, loài gặm nhấm nhỏ ở sa mạc); 2) khả năng tiết kiệm độ ẩm trong đường tiêu hóa do sự hấp thụ nước của thành ruột, cũng như sự hình thành nước tiểu đậm đặc

(cừu, chó giật); 3) trong những trường hợp thiếu độ ẩm nghiêm trọng nhất - ngừng giải phóng độ ẩm điều hòa nhiệt độ (mất độ ẩm), như xảy ra ở những con lạc đà không được tiếp cận với nước. Trong tình huống như vậy, mồ hôi bị tắt và sự bốc hơi từ đường hô hấp giảm mạnh.

Giới thiệu

4. Yếu tố thổ nhưỡng

5. Môi trường sống khác nhau

Phần kết luận

Giới thiệu

Có rất nhiều điều kiện sống trên Trái đất, nơi cung cấp nhiều loại hốc sinh thái và “dân số” của chúng. Tuy nhiên, bất chấp sự đa dạng này, có bốn môi trường sống khác nhau về chất lượng, có một tập hợp các yếu tố môi trường cụ thể và do đó đòi hỏi một loạt các thích ứng cụ thể. Đó là các môi trường sống: mặt đất (đất); Nước; đất; sinh vật khác.

Mỗi loài thích nghi với các điều kiện môi trường cụ thể—một ổ sinh thái.

Mỗi loài thích nghi với môi trường cụ thể của nó, với một số loại thức ăn, động vật ăn thịt, nhiệt độ, độ mặn của nước và các yếu tố khác của thế giới bên ngoài, nếu không có những thứ đó nó không thể tồn tại.

Đối với sự tồn tại của sinh vật, cần phải có một phức hợp các yếu tố. Nhu cầu của cơ thể đối với chúng là khác nhau, nhưng mỗi loại đều hạn chế sự tồn tại của nó ở một mức độ nhất định.

Sự thiếu hụt (thiếu sót) của một số yếu tố môi trường có thể được bù đắp bằng các yếu tố tương tự (tương tự) khác. Các sinh vật không phải là “nô lệ” của các điều kiện môi trường - ở một mức độ nhất định, chúng tự thích nghi và thay đổi các điều kiện môi trường theo cách giảm bớt sự thiếu hụt một số yếu tố nhất định.

Sự thiếu hụt các yếu tố cần thiết về mặt sinh lý (ánh sáng, nước, carbon dioxide, chất dinh dưỡng) trong môi trường không thể được bù đắp (thay thế) bởi những yếu tố khác.

1. Ánh sáng là yếu tố môi trường. Vai trò của ánh sáng đối với đời sống sinh vật

Ánh sáng là một trong những dạng năng lượng. Theo định luật nhiệt động lực học thứ nhất, hay định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Theo định luật này, sinh vật là một hệ nhiệt động không ngừng trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường. Các sinh vật trên bề mặt Trái đất tiếp xúc với các dòng năng lượng, chủ yếu năng lượng mặt trời, cũng như bức xạ nhiệt sóng dài của các thiên thể vũ trụ. Cả hai yếu tố này đều quyết định điều kiện khí hậu của môi trường (nhiệt độ, tốc độ bốc hơi nước, chuyển động của không khí và nước). Ánh sáng mặt trời có năng lượng 2 cal rơi vào sinh quyển từ không gian. thêm 1 cm 2 trong 1 phút. Đây được gọi là hằng số mặt trời. Ánh sáng này khi đi qua bầu khí quyển sẽ bị suy yếu và không quá 67% năng lượng của nó có thể chạm tới bề mặt Trái đất vào một buổi trưa trời trong, tức là. 1,34 calo. mỗi cm 2 trong 1 phút. Đi qua lớp mây che phủ, nước và thảm thực vật, ánh sáng mặt trời càng yếu đi và sự phân bố năng lượng trong đó trên các phần khác nhau của quang phổ thay đổi đáng kể.

Mức độ suy giảm của ánh sáng mặt trời và bức xạ vũ trụ phụ thuộc vào bước sóng (tần số) của ánh sáng. Tia cực tím có bước sóng nhỏ hơn 0,3 micron hầu như không xuyên qua được tầng ozone(ở độ cao khoảng 25 km). Bức xạ như vậy rất nguy hiểm đối với sinh vật sống, đặc biệt là đối với nguyên sinh chất.

Trong tự nhiên sống, ánh sáng là nguồn năng lượng duy nhất; tất cả thực vật, ngoại trừ vi khuẩn, đều quang hợp, tức là. tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ (tức là từ nước, muối khoáng và CO 2 - sử dụng năng lượng bức xạ trong quá trình đồng hóa). Tất cả các sinh vật phụ thuộc vào dinh dưỡng vào các sinh vật quang hợp trên cạn, tức là thực vật mang chất diệp lục.

Ánh sáng như một yếu tố môi trường được chia thành tia cực tím có bước sóng 0,40 - 0,75 micron và tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn các cường độ này.

Hoạt động của các yếu tố này phụ thuộc vào đặc tính của sinh vật. Mỗi loại sinh vật thích nghi với một bước sóng ánh sáng cụ thể. Một số loại sinh vật đã thích nghi với bức xạ cực tím, trong khi những loại khác lại thích nghi với bức xạ hồng ngoại.

Một số sinh vật có khả năng phân biệt giữa các bước sóng. Chúng có hệ thống cảm nhận ánh sáng đặc biệt và khả năng nhìn màu sắc, những hệ thống này có tầm quan trọng rất lớn trong cuộc sống của chúng. Nhiều loài côn trùng rất nhạy cảm với bức xạ sóng ngắn mà con người không thể cảm nhận được. Bướm đêm cảm nhận tốt tia cực tím. Ong và chim xác định chính xác vị trí của chúng và định hướng khu vực ngay cả vào ban đêm.

Các sinh vật cũng phản ứng mạnh mẽ với cường độ ánh sáng. Dựa trên những đặc điểm này, thực vật được chia thành ba nhóm sinh thái:

1. Cây ưa ánh sáng, ưa nắng hoặc heliophyte - chỉ có khả năng phát triển bình thường dưới tia nắng.

2. Thực vật ưa bóng râm, hay còn gọi là sciophytes, là thực vật thuộc tầng thấp của rừng và thực vật biển sâu, chẳng hạn như hoa huệ của thung lũng và các loài khác.

Khi cường độ ánh sáng giảm thì quá trình quang hợp cũng chậm lại. Tất cả các sinh vật sống đều có ngưỡng nhạy cảm với cường độ ánh sáng cũng như các yếu tố môi trường khác. Các sinh vật khác nhau có ngưỡng nhạy cảm khác nhau với các yếu tố môi trường. Ví dụ, ánh sáng cường độ cao ức chế sự phát triển của ruồi Drosophila, thậm chí khiến chúng chết. Gián và các loại côn trùng khác không thích ánh sáng. Ở hầu hết các loài thực vật quang hợp, ở cường độ ánh sáng thấp, quá trình tổng hợp protein bị ức chế và ở động vật, quá trình sinh tổng hợp bị ức chế.

3. Cây heliophyte chịu bóng râm hoặc tùy ý. Cây phát triển tốt cả trong bóng râm và ánh sáng. Ở động vật, những đặc tính này của sinh vật được gọi là ưa ánh sáng (photophiles), ưa bóng râm (photophobes), euryphobia - stenophobia.

2. Nhiệt độ là yếu tố môi trường

Nhiệt độ là yếu tố môi trường quan trọng nhất. Nhiệt độ có một tác động lớn về nhiều khía cạnh của hoạt động sống của sinh vật, địa lý phân bố, sinh sản của chúng và những thứ khác đặc tính sinh học sinh vật phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ. Phạm vi, tức là Giới hạn nhiệt độ mà sự sống có thể tồn tại nằm trong khoảng từ -200°C đến +100°C, và vi khuẩn đôi khi được tìm thấy tồn tại trong các suối nước nóng ở nhiệt độ 250°C. Trên thực tế, hầu hết các sinh vật có thể tồn tại ở phạm vi nhiệt độ hẹp hơn.

Một số loại vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn và tảo, có khả năng sống và sinh sản ở suối nước nóng ở nhiệt độ gần nhiệt độ sôi. Giới hạn nhiệt độ trên đối với vi khuẩn suối nước nóng là khoảng 90°C. Sự thay đổi nhiệt độ là rất quan trọng từ quan điểm môi trường.

Bất kỳ loài nào chỉ có thể sống trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, được gọi là nhiệt độ gây chết người tối đa và tối thiểu. Ngoài những nhiệt độ cực đoan tới hạn, lạnh hoặc nóng, cái chết của sinh vật sẽ xảy ra. Ở đâu đó giữa chúng có một nhiệt độ tối ưu mà tại đó hoạt động sống còn của tất cả các sinh vật, toàn bộ vật chất sống, diễn ra.

Dựa trên khả năng chịu đựng của sinh vật với các điều kiện nhiệt độ, chúng được chia thành eurythermic và stenothermic, tức là. có thể chịu được sự dao động nhiệt độ trong giới hạn rộng hoặc hẹp. Ví dụ, địa y và nhiều loại vi khuẩn có thể sống ở các nhiệt độ khác nhau, hoặc hoa lan và các loại cây ưa nhiệt khác của vùng nhiệt đới có khả năng giảm nhiệt.

Một số động vật có thể duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định bất kể nhiệt độ môi trường. Những sinh vật như vậy được gọi là nhiệt kế. Ở các động vật khác, nhiệt độ cơ thể thay đổi tùy theo nhiệt độ môi trường. Chúng được gọi là biến nhiệt. Tùy theo phương pháp thích nghi của sinh vật với điều kiện nhiệt độ, chúng được chia thành hai nhóm sinh thái: cryophyll - sinh vật thích nghi với lạnh, nhiệt độ thấp; ưa nhiệt - hoặc ưa nhiệt.

3. Độ ẩm là yếu tố môi trường

Ban đầu, tất cả các sinh vật đều sống dưới nước. Đã chinh phục được đất đai, họ không mất đi sự phụ thuộc vào nước. Nước là một phần không thể thiếu của mọi sinh vật sống. Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí. Không có độ ẩm hoặc nước thì không có sự sống.

Độ ẩm là một thông số đặc trưng cho hàm lượng hơi nước trong không khí. Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước có trong không khí và phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Lượng này được gọi là độ ẩm tương đối (tức là tỷ lệ giữa lượng hơi nước trong không khí với lượng hơi bão hòa trong những điều kiện nhất định về nhiệt độ và áp suất.)

Trong tự nhiên có nhịp độ ẩm hàng ngày. Độ ẩm dao động theo chiều dọc và chiều ngang. Yếu tố này cùng với ánh sáng và nhiệt độ đóng vai trò lớn trong việc điều chỉnh hoạt động của sinh vật và sự phân bố của chúng. Độ ẩm cũng làm thay đổi ảnh hưởng của nhiệt độ.

Một yếu tố môi trường quan trọng là làm khô không khí. Đặc biệt đối với các sinh vật trên cạn, tác dụng làm khô của không khí có tầm quan trọng rất lớn. Động vật thích nghi bằng cách di chuyển đến những nơi được bảo vệ và có lối sống năng động vào ban đêm.

Cây hút nước từ đất và gần như toàn bộ (97-99%) bốc hơi qua lá. Quá trình này được gọi là thoát hơi nước. Sự bay hơi làm mát lá. Nhờ sự bay hơi, các ion được vận chuyển qua đất đến rễ, các ion được vận chuyển giữa các tế bào, v.v.

Một lượng ẩm nhất định là hoàn toàn cần thiết cho các sinh vật trên cạn. Nhiều loài trong số chúng yêu cầu độ ẩm tương đối 100% để hoạt động bình thường và ngược lại, một sinh vật sống trong trong điều kiện tốt, không thể sống lâu trong không khí khô tuyệt đối, vì nó liên tục mất nước. Nước là một phần thiết yếu của vật chất sống. Vì vậy, mất nước ở một lượng nhất định sẽ dẫn đến tử vong.

Thực vật ở vùng khí hậu khô thích nghi thông qua những thay đổi về hình thái và sự suy giảm của các cơ quan sinh dưỡng, đặc biệt là lá.

Động vật trên cạn cũng thích nghi. Nhiều người trong số họ uống nước, những người khác hấp thụ nước qua cơ thể ở dạng lỏng hoặc hơi. Ví dụ, hầu hết các loài lưỡng cư, một số côn trùng và ve. Hầu hết động vật sa mạc không bao giờ uống nước, chúng thỏa mãn nhu cầu của mình bằng nước được cung cấp cùng với thức ăn. Các động vật khác lấy nước thông qua quá trình oxy hóa chất béo.

Nước thực sự cần thiết cho sinh vật sống. Vì vậy, các sinh vật phân bố khắp nơi tùy theo nhu cầu của chúng: sinh vật thủy sinh sống liên tục trong nước; hydrophytes chỉ có thể sống trong môi trường rất ẩm ướt.

Từ quan điểm về hóa trị sinh thái, hydrophytes và hygrophyte thuộc nhóm stenogyrs. Độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến các chức năng sống của sinh vật, ví dụ độ ẩm tương đối 70% rất thuận lợi cho sự sinh trưởng và sinh sản trên đồng ruộng của châu chấu cái di cư. Khi nhân giống thành công, chúng gây thiệt hại kinh tế to lớn cho cây trồng ở nhiều nước.

Vì sự đánh giá môi trường Sự phân bố của sinh vật được sử dụng như một chỉ số về độ khô cằn của khí hậu. Độ khô đóng vai trò là yếu tố chọn lọc để phân loại sinh thái của sinh vật.

Như vậy, tùy thuộc vào đặc điểm độ ẩm của khí hậu địa phương, các loài sinh vật được phân thành các nhóm sinh thái:

1. Hydatophytes là thực vật thủy sinh.

2. Thủy sinh là thực vật thủy sinh trên cạn.

3. Hygrophytes - thực vật trên cạn sống trong điều kiện có độ ẩm cao.

4. Mesophytes là thực vật phát triển ở độ ẩm trung bình

5. Xerophytes là thực vật phát triển trong điều kiện không đủ độ ẩm. Lần lượt chúng được chia thành: mọng nước - cây mọng nước (xương rồng); sclerophytes là những cây có lá hẹp và nhỏ, cuộn thành ống. Chúng cũng được chia thành euxerophytes và stypaxerophytes. Euxerophytes là thực vật thảo nguyên. Stypaxerophytes là một nhóm cỏ cỏ lá hẹp (cỏ lông vũ, cỏ roi nhỏ, cỏ tonkonogo, v.v.). Đổi lại, mesophytes cũng được chia thành mesohygrophytes, mesoxerophytes, v.v..

Mặc dù có tầm quan trọng thấp hơn so với nhiệt độ nhưng độ ẩm vẫn là một trong những yếu tố môi trường chính. Trong phần lớn lịch sử của thiên nhiên sống, thế giới hữu cơ chỉ được đại diện bởi các sinh vật dưới nước. Một phần không thể thiếu của đại đa số sinh vật sống là nước và hầu hết tất cả chúng đều cần môi trường nước để sinh sản hoặc kết hợp giao tử. Động vật trên cạn buộc phải tạo ra môi trường nước nhân tạo trong cơ thể chúng để thụ tinh, và điều này dẫn đến việc chúng trở thành nội tạng.

Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí. Nó có thể được biểu thị bằng gam trên mét khối.

4. Yếu tố thổ nhưỡng

Các tính chất chính của đất ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật bao gồm cấu trúc vật lý của nó, tức là: độ dốc, độ sâu và kích thước hạt, thành phần hóa học của đất và các chất lưu thông trong đó - khí (cần tìm hiểu các điều kiện thông khí của nó), nước, các chất hữu cơ và khoáng chất ở dạng ion.

Đặc tính chính của đất, có tầm quan trọng lớn đối với cả thực vật và động vật đào hang, là kích thước của các hạt.

Điều kiện đất trên cạn được xác định bởi các yếu tố khí hậu. Ngay cả ở độ sâu không đáng kể, bóng tối hoàn toàn vẫn ngự trị trong đất và đặc tính này là đặc điểm đặc trưng trong môi trường sống của những loài tránh ánh sáng. Khi người ta đi sâu hơn vào lòng đất, sự dao động nhiệt độ ngày càng ít đáng kể: những thay đổi hàng ngày nhanh chóng mờ nhạt và bắt đầu từ một độ sâu nhất định, sự khác biệt theo mùa sẽ được xoa dịu. Sự chênh lệch nhiệt độ hàng ngày đã biến mất ở độ sâu 50 cm, khi bạn lặn xuống đất, hàm lượng oxy trong đó giảm đi và CO 2 tăng lên. Ở độ sâu đáng kể, điều kiện tiếp cận điều kiện kỵ khí, nơi một số vi khuẩn kỵ khí sinh sống. Đã giun đất thích môi trường có hàm lượng CO 2 cao hơn trong khí quyển.

Độ ẩm của đất là một đặc tính cực kỳ quan trọng, đặc biệt đối với cây trồng trên đó. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chế độ mưa, độ sâu lớp mưa, cũng như các điều kiện vật lý và tính chất hóa họcđất, các hạt trong đó, tùy thuộc vào kích thước của chúng, hàm lượng chất hữu cơ, v.v. Hệ thực vật của đất khô và đất ướt không giống nhau và không thể trồng cùng một loại cây trồng trên những loại đất này. Hệ động vật đất cũng rất nhạy cảm với độ ẩm của đất và theo quy luật, không chịu được khô quá nhiều. Ví dụ nổi tiếng là giun đất và mối. Những loài sau này đôi khi bị buộc phải cung cấp nước cho thuộc địa của chúng bằng cách thực hiện phòng trưng bày dưới lòng đấtở độ sâu lớn. Tuy nhiên, hàm lượng nước quá cao trong đất sẽ giết chết ấu trùng côn trùng với số lượng lớn.

Khoáng chất cần thiết cho dinh dưỡng thực vật được tìm thấy trong đất dưới dạng các ion hòa tan trong nước. Ít nhất dấu vết của hơn 60 nguyên tố hóa học có thể được tìm thấy trong đất. CO 2 và nitơ được chứa với số lượng lớn; hàm lượng của những chất khác, chẳng hạn như niken hoặc coban, là cực kỳ nhỏ. Một số ion gây độc cho thực vật, ngược lại, một số khác lại rất quan trọng. Nồng độ các ion hydro trong đất - pH - trung bình gần bằng giá trị trung tính. Hệ thực vật của các loại đất như vậy đặc biệt phong phú về loài. Đất nhiễm canxi, nhiễm mặn có độ pH kiềm khoảng 8-9; trên các mỏ than bùn sphagnum độ pH axit có thể giảm xuống 4.

Một số ion có tầm quan trọng môi trường lớn. Chúng có thể gây ra sự tiêu diệt nhiều loài và ngược lại, góp phần phát triển các dạng rất độc đáo. Đất nằm trên đá vôi rất giàu ion Ca+2; một thảm thực vật cụ thể được gọi là calcephyte phát triển trên chúng (nhuyến tuyết ở vùng núi; nhiều loại lan). Ngược lại với thảm thực vật này, có thảm thực vật kỵ canxi. Nó bao gồm hạt dẻ, dương xỉ dương xỉ và hầu hết các loại cây thạch nam. Những thảm thực vật như vậy đôi khi được gọi là thảm thực vật đá lửa, vì những vùng đất nghèo canxi chứa nhiều silicon hơn. Trên thực tế, thảm thực vật này không trực tiếp ưa thích silicon mà chỉ đơn giản là tránh canxi. Một số động vật có nhu cầu hữu cơ về canxi. Được biết, gà sẽ ngừng đẻ trứng trong vỏ cứng nếu chuồng gà nằm ở khu vực đất nghèo canxi. Vùng đá vôi có rất nhiều loài chân bụng có vỏ (ốc sên), được phân bố rộng rãi ở đây ở loài khôn ngoan, nhưng chúng gần như biến mất hoàn toàn trên các khối đá granit.

Trên đất giàu ion 0 3, một hệ thực vật cụ thể gọi là nitrophilic cũng phát triển. Các dư lượng hữu cơ thường được tìm thấy trên chúng có chứa nitơ sẽ bị vi khuẩn phân hủy, đầu tiên thành muối amoni, sau đó thành nitrat và cuối cùng thành nitrat. Ví dụ, những loại thực vật này hình thành những bụi rậm trên núi gần đồng cỏ gia súc.

Đất cũng chứa chất hữu cơ được tạo ra do sự phân hủy của thực vật và động vật chết. Hàm lượng các chất này giảm dần theo độ sâu. Ví dụ, trong rừng, nguồn cung cấp quan trọng của chúng là rác lá rụng và rác của cây rụng lá về mặt này phong phú hơn so với rác lá kim. Nó ăn các sinh vật hủy diệt - thực vật hoại sinh và động vật hoại sinh. Các thực vật hoại sinh chủ yếu được đại diện bởi vi khuẩn và nấm, nhưng trong số đó, người ta cũng có thể tìm thấy những thực vật bậc cao đã mất chất diệp lục như một sự thích nghi thứ cấp. Chẳng hạn như hoa lan.

5. Môi trường sống khác nhau

Theo phần lớn các tác giả nghiên cứu về nguồn gốc sự sống trên Trái đất, môi trường tiến hóa cơ bản cho sự sống là môi trường nước. Chúng tôi tìm thấy khá nhiều xác nhận gián tiếp về quan điểm này. Trước hết, hầu hết các sinh vật không có khả năng sống tích cực nếu không có nước vào cơ thể hoặc ít nhất là không duy trì được hàm lượng chất lỏng nhất định bên trong cơ thể.

Có lẽ đặc điểm phân biệt chính của môi trường nước là tính bảo thủ tương đối của nó. Ví dụ, biên độ dao động nhiệt độ theo mùa hoặc hàng ngày trong môi trường nước nhỏ hơn nhiều so với môi trường trên cạn. Địa hình đáy, sự khác biệt về điều kiện ở các độ sâu khác nhau, sự hiện diện của các rạn san hô, v.v. tạo ra nhiều điều kiện khác nhau trong môi trường nước.

Các đặc tính của môi trường nước xuất phát từ các tính chất vật lý và hóa học của nước. Vì vậy, mật độ cao và độ nhớt của nước có tầm quan trọng lớn đối với môi trường. Trọng lượng riêng của nước có thể so sánh với trọng lượng riêng của cơ thể sinh vật sống. Mật độ của nước cao hơn mật độ không khí khoảng 1000 lần. Vì vậy, các sinh vật sống dưới nước (đặc biệt là các sinh vật chuyển động tích cực) gặp phải lực cản thủy động lực lớn. Vì lý do này, sự tiến hóa của nhiều nhóm động vật thủy sinh đã đi theo hướng hình thành các hình dạng cơ thể và các kiểu chuyển động làm giảm lực cản, dẫn đến giảm chi phí năng lượng cho việc bơi lội. Vì vậy, một hình dáng cơ thể thuôn gọn được tìm thấy trong số các đại diện nhiều nhóm khác nhau sinh vật sống trong nước - cá heo (động vật có vú), cá xương và sụn.

Mật độ nước cao cũng là nguyên nhân rung động cơ học(rung động) lan truyền tốt trong môi trường nước. Điều này rất quan trọng trong quá trình tiến hóa của các cơ quan cảm giác, định hướng không gian và giao tiếp giữa các cư dân sống dưới nước. Tốc độ âm thanh trong môi trường nước, lớn hơn bốn lần so với trong không khí, quyết định tần số cao hơn của tín hiệu định vị bằng tiếng vang.

Bởi vì mật độ cao Trong môi trường nước, cư dân của nó bị tước đi sự kết nối bắt buộc với chất nền, đặc trưng của các dạng trên cạn và có liên quan đến lực hấp dẫn. Do đó, có cả một nhóm sinh vật dưới nước (cả thực vật và động vật) tồn tại mà không có mối liên hệ bắt buộc nào với đáy hoặc chất nền khác, “nổi” trong cột nước.

Tính dẫn điện mở ra khả năng tiến hóa hình thành các cơ quan cảm giác điện, phòng thủ và tấn công.

Môi trường mặt đất-không khí được đặc trưng bởi rất nhiều điều kiện sống, ổ sinh thái và sinh vật sinh sống trong đó.

Đặc điểm chính của môi trường đất-không khí là biên độ thay đổi lớn của các yếu tố môi trường, tính không đồng nhất của môi trường, tác động của lực hấp dẫn và mật độ không khí thấp. Sự phức tạp về địa lý và vật lý yếu tố khí hậu, đặc trưng của một vùng tự nhiên nhất định, dẫn đến sự hình thành tiến hóa của sự thích nghi hình thái sinh lý của sinh vật với cuộc sống trong những điều kiện này, sự đa dạng của các dạng sống.

Không khí trong khí quyển được đặc trưng bởi độ ẩm thấp và thay đổi. Hoàn cảnh này phần lớn đã hạn chế (hạn chế) khả năng làm chủ môi trường không khí trên mặt đất, đồng thời cũng định hướng sự phát triển của quá trình trao đổi chất-muối nước và cấu trúc của các cơ quan hô hấp.

Đất là kết quả hoạt động của các sinh vật sống.

Một đặc điểm quan trọng của đất cũng là sự hiện diện của một lượng chất hữu cơ nhất định. Nó được hình thành do cái chết của sinh vật và là một phần của chất bài tiết (chất tiết) của chúng.

Các điều kiện của môi trường sống trong đất xác định các đặc tính của đất như độ thoáng khí (nghĩa là độ bão hòa với không khí), độ ẩm (sự hiện diện của độ ẩm), khả năng chịu nhiệt và chế độ nhiệt (biến đổi nhiệt độ hàng ngày, theo mùa, hàng năm). Chế độ nhiệt, so sánh với môi trường không khí mặt đất, bảo thủ hơn, đặc biệt là ở độ sâu lớn. Nhìn chung, đất có điều kiện sống khá ổn định.

Sự khác biệt theo chiều dọc cũng là đặc trưng của các tính chất khác của đất, ví dụ, khả năng xuyên sáng tự nhiên phụ thuộc vào độ sâu.

Các sinh vật trong đất được đặc trưng bởi các cơ quan và kiểu di chuyển cụ thể (các chi đào hang ở động vật có vú; khả năng thay đổi độ dày cơ thể; sự hiện diện của các viên nang đầu chuyên biệt ở một số loài); hình dạng cơ thể (tròn, núi lửa, hình sâu); vỏ bọc bền và linh hoạt; giảm mắt và biến mất của sắc tố. Trong số các cư dân trên đất, hiện tượng hoại sinh phát triển rộng rãi - ăn xác của các động vật khác, xác thối rữa, v.v.

Phần kết luận

Sự ra đi của một trong các yếu tố môi trường vượt quá giá trị tối thiểu (ngưỡng) hoặc tối đa (cực đoan) (đặc điểm vùng chịu đựng của loài) đe dọa đến cái chết của sinh vật ngay cả khi có sự kết hợp tối ưu của các yếu tố khác. Các ví dụ bao gồm: ngoại hình bầu không khí oxy, thời kỳ băng hà, hạn hán, áp lực thay đổi khi thợ lặn dâng cao, v.v.

Mỗi yếu tố môi trường ảnh hưởng đến các loại sinh vật khác nhau một cách khác nhau: mức tối ưu đối với một số loại có thể là mức tối ưu đối với các loại khác.

Các sinh vật trên bề mặt Trái đất tiếp xúc với dòng năng lượng, chủ yếu là năng lượng mặt trời, cũng như bức xạ nhiệt sóng dài từ các thiên thể vũ trụ. Cả hai yếu tố này đều quyết định điều kiện khí hậu của môi trường (nhiệt độ, tốc độ bốc hơi nước, chuyển động của không khí và nước).

Nhiệt độ là yếu tố môi trường quan trọng nhất. Nhiệt độ có tác động rất lớn đến nhiều mặt của đời sống sinh vật, địa lý phân bố, sinh sản và các đặc tính sinh học khác của sinh vật, vốn phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ.

Một yếu tố môi trường quan trọng là làm khô không khí. Đặc biệt đối với các sinh vật trên cạn, tác dụng làm khô của không khí có tầm quan trọng rất lớn.

Mặc dù có tầm quan trọng thấp hơn so với nhiệt độ nhưng độ ẩm vẫn là một trong những yếu tố môi trường chính. Trong phần lớn lịch sử của thiên nhiên sống, thế giới hữu cơ chỉ được đại diện bởi các sinh vật dưới nước.

Các yếu tố phù du bao gồm toàn bộ các đặc tính vật lý và hóa học của đất có thể có tác động đến môi trường đối với các sinh vật sống. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong đời sống của những sinh vật có liên quan chặt chẽ với đất. Thực vật đặc biệt phụ thuộc vào các yếu tố phù du.

Danh sách tài liệu được sử dụng

1. Dedyu I.I. Từ điển bách khoa sinh thái. - Chisinau: Nhà xuất bản ITU, 1990. - 406 tr.

2. Novikov G.A. Khái niệm cơ bản sinh thái chung và bảo tồn thiên nhiên. - L.: Nhà xuất bản Leningr. Đại học, 1979. - 352 tr.

3. Radkevich V.A. Sinh thái. - Minsk: Trường cao hơn, 1983. - 320 tr.

4. Reimers N.F. Sinh thái học: lý thuyết, quy luật, quy tắc, nguyên tắc và giả thuyết. -M.: Nước Nga trẻ, 1994. - 367 tr.

5. Ricklefs R. Nguyên tắc cơ bản của sinh thái học đại cương. - M.: Mir, 1979. - 424 tr.

6. Stepanovskikh A.S. Sinh thái. - Kurgan: GIPP "Zauralye", 1997. - 616 tr.

7. Khristoforova N.K. Nguyên tắc cơ bản của sinh thái. - Vladivostok: Dalnauka, 1999. -517 tr.

Là nhân tố vô sinh

Nước. Trong đời sống sinh vật, nước đóng vai trò là yếu tố môi trường quan trọng nhất. Không có nước thì không có sự sống. Không có sinh vật sống không chứa nước nào được tìm thấy trên Trái đất. Nó là phần chính của nguyên sinh chất của tế bào, mô, nước ép thực vật và động vật. Tất cả quá trình sinh hóa quá trình đồng hóa và hòa tan, trao đổi khí trong cơ thể diễn ra khi có nước. Nước có các chất hòa tan trong đó quyết định áp suất thẩm thấu của dịch tế bào và mô, bao gồm cả trao đổi giữa các tế bào. Trong thời gian sống tích cực của thực vật và động vật, hàm lượng nước trong cơ thể chúng thường khá cao (Bảng 4.8).

Bảng 4.8

% trọng lượng cơ thể (theo B. S. Kubantsev, 1973)

Thực vật		Động vật
rong biển rễ cà rốt Lá thảo mộc Lá cây Củ khoai tây Thân cây		Động vật có vỏ Côn trùng Lancelet Động vật lưỡng cư Động vật có vú

Ở trạng thái không hoạt động của cơ thể, lượng nước có thể giảm đáng kể nhưng ngay cả trong thời gian nghỉ ngơi nó cũng không biến mất hoàn toàn. Ví dụ, rêu khô và địa y chứa 5-7% tổng khối lượng nước, các loại ngũ cốc phơi khô trong không khí chứa ít nhất 12-14%, do mất nước liên tục nên các sinh vật trên cạn cần được bổ sung nước thường xuyên. Do đó, trong quá trình tiến hóa, chúng đã phát triển các cơ chế thích nghi để điều chỉnh quá trình trao đổi chất nước và đảm bảo tiêu thụ độ ẩm một cách tiết kiệm. Các thiết bị này có hình thái, giải phẫu, sinh lý và tính cách hành vi. Nhu cầu nước của các loài thực vật khác nhau không giống nhau qua các giai đoạn phát triển. Nó cũng thay đổi tùy theo khí hậu và đất đai. Vì vậy, cây ngũ cốc cần ít độ ẩm hơn trong thời kỳ hạt nảy mầm và chín so với thời kỳ sinh trưởng mạnh nhất. Ngoài vùng nhiệt đới ẩm, hầu hết mọi nơi thực vật đều bị thiếu nước và hạn hán tạm thời. Ở nhiệt độ cao vào mùa hè, hạn hán trong khí quyển thường xảy ra, hạn hán đất xảy ra khi độ ẩm trong đất dành cho cây giảm. Thiếu hoặc thiếu độ ẩm làm giảm sự phát triển của cây và có thể khiến cây bị còi cọc, vô sinh do cơ quan sinh sản kém phát triển. Tầm quan trọng hàng đầu trong mọi biểu hiện của sự sống là sự trao đổi nước giữa cơ thể và môi trường bên ngoài. Độ ẩm môi trường thường là yếu tố hạn chế sự phân bố và phong phú của sinh vật trên Trái đất. Ví dụ, thực vật thảo nguyên và đặc biệt là thực vật rừng đòi hỏi hàm lượng hơi nước cao trong không khí, trong khi thực vật sa mạc lại thích nghi với độ ẩm thấp.

Một vai trò quan trọng ở động vật là tính thấm của màng và các cơ chế điều chỉnh chuyển hóa nước. Ở đây thích hợp để mô tả các chỉ số độ ẩm cơ bản.Độ ẩm là thông số đặc trưng cho hàm lượng hơi nước (nước khí) trong không khí. Có sự phân biệt giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối. Độ ẩm tuyệt đối- lượng nước dạng khí có trong không khí, biểu thị bằng khối lượng nước trên một đơn vị khối lượng không khí (ví dụ, tính bằng gam trên 1 kg hoặc trên 1 m 3 không khí). Độ ẩm tương đối-Đó là tỷ lệ giữa lượng hơi có trong không khí và lượng hơi bão hòa ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định. Tỷ lệ này được xác lập theo công thức:

trong đó r là độ ẩm tương đối;

R và PS - độ ẩm tuyệt đối và bão hòa (tối đa) ở nhiệt độ nhất định.

Độ ẩm tương đối thường được đo bằng cách so sánh nhiệt độ của hai nhiệt kế, nhiệt kế bầu ướt và nhiệt kế bầu khô. Thiết bị này được gọi là máy đo tâm thần. Vì vậy, nếu cả hai nhiệt kế hiển thị cùng nhiệt độ thì độ ẩm tương đối bằng 100. Nếu nhiệt kế "ướt" hiển thị nhiệt độ thấp hơn nhiệt kế "khô" (điều này thường xảy ra), thì độ ẩm tương đối sẽ nhỏ hơn 100%. Giá trị chính xác được lấy từ bảng sách tham khảo đặc biệt. Máy đo độ ẩm cũng hữu ích để đo độ ẩm tương đối. Thiết bị sử dụng khả năng rút ngắn hoặc kéo dài tóc của con người tùy thuộc vào độ ẩm tương đối, cho phép ghi lại các kết quả đọc liên tục.

Trong các nghiên cứu về môi trường, độ ẩm tương đối được đo khá thường xuyên. Có tầm quan trọng lớn đối với sinh vật cũng là thâm hụt bão hòa không khí có hơi nước hoặc sự chênh lệch giữa độ ẩm tối đa và tuyệt đối ở một nhiệt độ nhất định. Độ thiếu bão hòa không khí có thể được ký hiệu bằng một chữ cái và được xác định theo công thức:

d =PS - P. (4.5)

Chỉ tiêu này mô tả rõ nhất khả năng bay hơi của không khí và có vai trò đặc biệt trong nghiên cứu môi trường. Do khả năng bay hơi của không khí tăng khi nhiệt độ tăng, nên ở các nhiệt độ khác nhau, độ thiếu bão hòa không giống nhau ở cùng một độ ẩm. Khi nó tăng lên, không khí trở nên khô hơn và sự bốc hơi và thoát hơi nước diễn ra mạnh mẽ hơn. Khi độ thâm hụt bão hòa giảm, độ ẩm tương đối tăng. Nhiệt độ của môi trường ảnh hưởng đáng kể nhất đến bản chất hoạt động của độ ẩm.

Quan trọng trong đời sống của sinh vật là những đặc điểm phân bố độ ẩm theo mùa trong suốt một năm. Lượng mưa xảy ra vào mùa đông hay mùa hè? Biến động hàng ngày của nó là gì? Do đó, ở các khu vực phía bắc hành tinh của chúng ta, lượng mưa lớn rơi vào mùa lạnh hầu như không thể tiếp cận được với thực vật, đồng thời, ngay cả lượng mưa nhỏ vào mùa hè cũng rất quan trọng. Điều quan trọng là phải tính đến bản chất của lượng mưa - mưa phùn, mưa, tuyết và thời gian tồn tại của chúng. Ví dụ, mưa phùn vào mùa hè giúp dưỡng ẩm tốt cho đất và có tác dụng tốt đối với cây trồng hơn là mưa lớn mang theo dòng nước khổng lồ. Khi có mưa bão, đất không có thời gian hút nước, nhanh chóng thoát nước, cuốn theo phần màu mỡ, cây ra rễ kém và thường dẫn đến cái chết của động vật nhỏ, đặc biệt là côn trùng. Tuy nhiên, những cơn mưa phùn kéo dài có thể ảnh hưởng xấu đến đời sống của các loài động vật, chẳng hạn như các loài chim ăn côn trùng trong thời kỳ cho gà con ăn.

Lượng mưa mùa đông, rơi dưới dạng tuyết ở vùng khí hậu lạnh và ôn đới, tạo ra lớp tuyết phủ có tác động thuận lợi đến nhiệt độ đất và do đó làm tăng khả năng sống sót của thực vật và động vật. Ngược lại, lượng mưa mùa đông dưới dạng mưa có ảnh hưởng xấu đến thực vật, khả năng sống sót của chúng và làm tăng tỷ lệ tử vong của côn trùng.

Mức độ bão hòa của không khí và đất với hơi nước có tầm quan trọng rất lớn. Thường có trường hợp động vật, thực vật chết trong thời gian hạn hán, nguyên nhân là do không khí khô quá mức hoặc gió nóng. Trước hết, điều này ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật sống ở những nơi ẩm ướt, theo quy luật, do chúng thiếu cơ chế điều hòa sự mất nước thông qua thoát hơi nước và bốc hơi, trong khi lớp vỏ bên ngoài của cơ thể rất khó xuyên thủng.

Độ ẩm không khí quyết định tần suất hoạt động của sinh vật, tính năng động theo mùa của vòng đời và ảnh hưởng đến thời gian phát triển, khả năng sinh sản và tỷ lệ chết. Ví dụ, các loài thực vật như giếng nước mùa xuân, cát quên tôi, alyssum sa mạc, v.v., sử dụng độ ẩm của mùa xuân, có thể nảy mầm trong thời gian rất ngắn (12-30 ngày), phát triển chồi sinh sản, nở hoa, hình thành quả và hạt giống. Những cây hàng năm này được gọi là con thiêu thân(từ tiếng Hy Lạp phù du - thoáng qua, một ngày). Ngược lại, phù du được chia thành mùa xuân và mùa thu. Những cây trên là phù du của mùa xuân. Một số loài cây lâu năm, được gọi là phù du hoặc địa chất. Tại điều kiện bất lợiđộ ẩm, chúng có thể trì hoãn sự phát triển của mình cho đến khi nó trở nên tối ưu, hoặc giống như phù du, trải qua toàn bộ chu kỳ của nó trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn vào đầu mùa xuân. Điều này bao gồm các loại cây đặc trưng của thảo nguyên phía Nam - lục bình thảo nguyên, cây gia cầm, hoa tulip, v.v.

Động vật cũng có thể là phù du. Đây là côn trùng, động vật giáp xác (khiên xuất hiện với số lượng lớn vào mùa xuân trong các vũng nước trong rừng) và thậm chí cả các loài cá sống trong các hồ chứa và vũng nước nhỏ, ví dụ, loài nothobranch và aphiosemions châu Phi thuộc bộ Cyprinodontiformes.

Liên quan đến độ ẩm có euryhygrobiont Và chất hút ẩm sinh vật. Các sinh vật Euryhygrobiont đã thích nghi để sống dưới những biến động khác nhau về độ ẩm. Đối với sinh vật stenohygrobiont, độ ẩm phải được xác định nghiêm ngặt: cao, trung bình hoặc thấp. Sự phát triển của động vật không kém phần liên quan chặt chẽ đến độ ẩm môi trường. Tuy nhiên, động vật, không giống như thực vật, có khả năng chủ động tìm kiếm các điều kiện có độ ẩm tối ưu và có cơ chế điều hòa chuyển hóa nước tiên tiến hơn.

Độ ẩm môi trường ảnh hưởng đến lượng nước trong mô của động vật và do đó ảnh hưởng trực tiếp đến hành vi và khả năng sống sót của nó. Tuy nhiên, nó cũng có thể có tác động gián tiếp thông qua thực phẩm và các yếu tố khác. Ví dụ, trong những đợt hạn hán với thảm thực vật bị đốt cháy nghiêm trọng, số lượng động vật thực vật giảm đi. Sự phát triển của động vật theo từng giai đoạn đòi hỏi điều kiện độ ẩm được xác định nghiêm ngặt. Khi thiếu độ ẩm trong không khí hoặc thức ăn, khả năng sinh sản của động vật giảm mạnh và chủ yếu ở dạng ưa ẩm. Lượng nước trong thức ăn không đủ sẽ làm giảm tốc độ tăng trưởng của hầu hết các loài động vật, làm chậm sự phát triển của chúng, rút ​​ngắn tuổi thọ và tăng tỷ lệ tử vong (Hình 4.15).

Hình 4.15 Ảnh hưởng của độ ẩm đến đời sống cơ bản

Các quá trình ở động vật (theo N.P. Naumov, 1963):

A-hút ẩm; B-xerophiles;

1 - tỷ lệ chết; 2 - tuổi thọ; 3 - khả năng sinh sản; 4 - tốc độ phát triển

Kể từ đây, chế độ nước, tức là những thay đổi liên tiếp về nguồn cung cấp, điều kiện và hàm lượng nước ở môi trường bên ngoài(mưa, tuyết, sương mù, độ bão hòa hơi không khí, mực nước ngầm, độ ẩm của đất) có tác động đáng kể đến đời sống của các sinh vật sống.

Liên quan đến chế độ nước, sinh vật trên cạn được chia thành ba nhóm sinh thái chính: hút ẩm(yêu ẩm), ưa khô(yêu khô) và ưa nhiệt(thích độ ẩm vừa phải). Ví dụ về các loài thực vật ưa ẩm bao gồm cúc vạn thọ đầm lầy, cây me chua thông thường, cây mao lương, cây mao lương, v.v.; trong số các loài động vật có muỗi vằn, bọ đuôi bật, muỗi, chuồn chuồn, bọ đất, rắn cỏ, v.v. Tất cả chúng đều không thể chịu được tình trạng thiếu nước đáng kể và thậm chí không chịu được hạn hán ngắn hạn.

Những kẻ ưa xerophiles thực sự là bọ cánh cứng, lạc đà và thằn lằn. Các cơ chế điều hòa chuyển hóa nước và thích ứng với việc giữ nước trong cơ thể và tế bào khác nhau được thể hiện rộng rãi ở đây, điều này được thể hiện yếu ở các loài ưa ẩm.

Đồng thời, việc phân chia sinh vật thành ba nhóm ở một mức độ nào đó là tương đối, vì ở nhiều loài, mức độ yêu cầu về độ ẩm thay đổi trong các điều kiện khác nhau và không giống nhau ở các giai đoạn phát triển khác nhau của sinh vật. Vì vậy, cây con và cây non của nhiều loài cây phát triển theo kiểu ưa nhiệt trung bình, còn cây trưởng thành có đặc điểm ưa khô rõ ràng.

Theo phương pháp điều chỉnh chế độ nước, thực vật trên cạn được chia thành hai nhóm: poikihydrua Và homeo-hydrua. Thực vật Poikihydrid là loài không có khả năng chủ động điều chỉnh chế độ nước. Chúng không có bất kỳ đặc điểm giải phẫu nào có thể góp phần bảo vệ chống lại sự bay hơi. Hầu hết đều thiếu khí khổng. Sự thoát hơi nước bằng sự bay hơi đơn giản. Hàm lượng nước trong tế bào cân bằng với áp suất hơi trong không khí hoặc được xác định bởi độ ẩm, tùy thuộc vào sự dao động của nó. Thực vật Poikilohydride bao gồm nấm, tảo trên cạn, địa y, một số loại rêu và trong số các thực vật bậc cao, dương xỉ lá mỏng của rừng nhiệt đới. Một nhóm nhỏ bao gồm các loài thực vật có hoa có khí khổng, đại diện của họ Gesneriaceae, sống trong các kẽ đá ở Balkan và Nam Phi. Điều này cũng bao gồm loài cói sa mạc Trung Á - Cagexphysodes. Lá của cây poikihydride có thể khô gần như ở trạng thái khô tự nhiên và sau khi làm ướt, chúng “sống lại” và chuyển sang màu xanh lục.

Thực vật homeohydrid có thể điều chỉnh sự mất nước trong giới hạn nhất định bằng cách đóng khí khổng và gấp lá. TRONG màng tế bào các chất không thấm nước được lắng đọng (suberin, cutin), bề mặt của lá được bao phủ bởi lớp biểu bì, v.v. Điều này giúp thực vật homeohydrid có thể duy trì hàm lượng nước trong tế bào và áp suất hơi nước trong khoảng gian bào ở mức tương đối. mức độ không đổi. Sự thoát hơi nước về cường độ, động lực hàng ngày và theo mùa khác biệt đáng kể so với sự bốc hơi tự do của nước ướt. cơ thể vật lý(Hình 4.16).

Hình 4.16 Sơ đồ chu trình thoát hơi nước hàng ngày ở

lượng nước khác nhau của thực vật (từ T.K. Goryshina, 1979):

1 - Sự thoát hơi nước không giới hạn; 2 - Sự thoát hơi nước giảm vào giữa ngày do khí khổng bị thu hẹp; 3 - tương tự, khi khí khổng đóng hoàn toàn; 4 - loại trừ hoàn toàn sự thoát hơi nước của khí khổng do khí khổng đóng kéo dài (chỉ thoát hơi nước ở lớp biểu bì còn sót lại); 5 - giảm thoát hơi nước ở lớp biểu bì do thay đổi tính thấm của màng. Mũi tên chỉ xuống biểu thị sự đóng khí khổng; mũi tên hướng lên biểu thị sự mở lỗ khí khổng. Đường chấm chấm thể hiện quá trình bay hơi hàng ngày với lượng khí tự do mặt nước. Vùng nở của sự thoát hơi nước của lớp biểu bì

Nhóm này chiếm phần lớn thực vật có mạch bậc cao và tạo thành thảm thực vật trên Trái đất. Nếu không, thay vì những cánh rừng và đồng cỏ xanh tươi, ngay cả ở những vĩ độ ôn đới, cây xanh tươi mát sẽ chỉ được tìm thấy sau những cơn mưa.

Điều kiện trao đổi nước ở sinh vật được xác định bởi độ ẩm của môi trường sống. Tùy thuộc vào điều này, chúng phát triển các đặc điểm thích nghi với cuộc sống trong điều kiện cung cấp đủ nước hoặc ít nước. Điều này được thể hiện rõ nhất ở thực vật. Nếu không có khả năng di chuyển tự do, chúng sẽ thích nghi tốt hơn những loài khác trong việc thích nghi với cuộc sống ở môi trường sống có độ ẩm lớn hay nhỏ.

Tùy thuộc vào môi trường sống, các nhóm sinh thái sau được phân biệt giữa các loài thực vật trên cạn: hygrophyte, mesophyte Và xerophyte. Thực vật hút ẩm(từ tiếng Hy Lạp “hygros” - ẩm ướt và “phyton” - thực vật) - cây sống ở nơi ẩm ướt, không chịu được tình trạng thiếu nước và khả năng chịu hạn thấp. Theo quy luật, thực vật thuộc nhóm này có phiến lá to, mỏng, mỏng với số lượng khí khổng nhỏ, thường nằm ở cả hai bên. Các khí khổng hầu hết đều mở rộng nên sự thoát hơi nước khác rất ít so với sự thoát hơi nước vật lý. Rễ thường dày và hơi phân nhánh. Lông rễ biểu hiện kém hoặc không có. Tất cả các cơ quan đều được bao phủ bởi một lớp biểu bì mỏng, thực tế không có lớp biểu bì. Phát triển rộng rãi khí khí(mô vận chuyển không khí) cung cấp thông khí cho cơ thể thực vật. Hygrophytes chủ yếu bao gồm các loại thực vật nhiệt đới sống ở nhiệt độ và độ ẩm cao. Thực vật ưa ẩm thường sống trong bóng râm dưới tán rừng (ví dụ như dương xỉ) hoặc trong không gian thoáng đãng, nhưng luôn sống trên đất bị úng hoặc phủ nước. Ở vùng khí hậu ôn đới và lạnh, các loài thực vật ưa ẩm điển hình là bóng tối thực vật thân thảo của rừng. Phát triển ở những vùng đất trống và đất ẩm ánh sáng thực vật hút ẩm. Đó là các loài như cúc vạn thọ (Caltapalustris), cỏ khóc (Lythrum salicaria), sundew (Drosera), nhiều loại ngũ cốc và cói sống ở môi trường ẩm ướt; trong số các cây trồng, cây ưa ẩm nhẹ bao gồm lúa trồng trên ruộng ngập nước.

Nhìn chung, với sự đa dạng về môi trường sống, đặc điểm chế độ nước cũng như các đặc điểm giải phẫu và hình thái, tất cả các loài thực vật ưa ẩm đều có điểm chung là thiếu các thiết bị hạn chế tiêu thụ nước và không có khả năng chịu đựng dù chỉ mất một chút nước.

Ví dụ, ở những cây ưa ẩm nhẹ, vào ban ngày lá có thể mất đi một lượng nước trong một giờ gấp 4-5 lần khối lượng của lá. Người ta biết rằng những bông hoa được thu thập dọc theo bờ hồ sẽ khô héo trên tay bạn nhanh như thế nào. Các giá trị nhỏ của mức độ thiếu nước dưới mức gây chết cũng là dấu hiệu của thực vật ưa ẩm. Đối với cây me chua và mynika, việc mất 15-20% nguồn cung cấp nước là không thể khắc phục được và dẫn đến tử vong.

tế bào trung mô-Đây là những cây có môi trường sống ẩm vừa phải. Họ có một hệ thống gốc phát triển tốt. Rễ có nhiều lông rễ. Các lá có kích thước khác nhau, nhưng thường to, mềm, không dày, phẳng, có các mô da, dẫn điện, cơ học, cột và xốp phát triển vừa phải. Khí khổng nằm ở mặt dưới phiến lá. Sự điều hòa thoát hơi nước của khí khổng được thể hiện tốt. Mesophytes bao gồm nhiều loại cỏ đồng cỏ (cỏ ba lá, cỏ timothy, chân gà), hầu hết các loài thực vật rừng (hoa huệ thung lũng, cỏ xanh, v.v.), một phần đáng kể của cây rụng lá (bạch dương, cây dương, cây phong, cây bồ đề), nhiều loại cây trồng trên đồng ruộng (lúa mạch đen, khoai tây, bắp cải) và cây ăn quả (cây táo , nho, anh đào, quả mâm xôi) và cỏ dại.

Cùng một loài ưa nhiệt khi tiếp xúc với các điều kiện cấp nước khác nhau sẽ có độ dẻo nhất định, thu được nhiều đặc điểm hút ẩm hơn trong điều kiện ẩm ướt và có nhiều đặc điểm xeromorph hơn trong điều kiện khô ráo.

Mesophytes được kết nối bằng cách chuyển tiếp với các tế bào khác các loại sinh thái thực vật có mối quan hệ với nước nên thường rất khó vạch ra ranh giới rõ ràng giữa chúng. Ví dụ, trong số các loài thực vật trung sinh trên đồng cỏ, có những loài ưa ẩm, thích những khu vực ẩm ướt liên tục hoặc ngập nước tạm thời (đồng cỏ đuôi cáo, beckmania thông thường, cỏ sậy hoàng yến, v.v.). Chúng được kết hợp thành một nhóm chuyển tiếp gồm các loài thực vật ẩm ướt cùng với một số loại cây rừng ưa ẩm ưa khe núi rừng, rừng ngập úng hoặc ẩm ướt nhất như cỏ lá lách, hoa tiêu, dương xỉ, một số loại rêu rừng, v.v..

Trong môi trường sống thiếu độ ẩm định kỳ hoặc liên tục (nhưng thấp), các tế bào trung mô có khả năng chống chịu hạn hán sinh lý tăng lên và có một số đặc điểm xeromorphic nhất định được tìm thấy. Nhóm này, chuyển tiếp giữa tế bào trung mô và tế bào xerophyte, được gọi là xeromesophytes.Điều này bao gồm nhiều loài thực vật của thảo nguyên phía bắc, rừng thông khô, môi trường sống trên cát - cỏ ba lá trắng, rơm rạ vàng, v.v., từ cây trồng - cỏ linh lăng, các giống lúa mì chịu hạn và một số loại khác. Xerophyte(từ tiếng Hy Lạp “xeros” - khô và “phyton” - thực vật) là những loài thực vật có môi trường sống khô ráo có thể chịu được tình trạng thiếu độ ẩm đáng kể - hạn hán trong đất và khí quyển. Xerophytes phong phú và đa dạng nhất ở những vùng có khí hậu nóng và khô. Chúng bao gồm các loài thực vật của sa mạc, thảo nguyên khô, thảo nguyên, rừng gai, cận nhiệt đới khô, v.v.

Chế độ nước không thuận lợi của thực vật trong môi trường sống khô là do nguồn cung cấp nước hạn chế do thiếu đất và tăng tiêu thụ độ ẩm để thoát hơi nước với không khí rất khô và nhiệt độ cao. Vì vậy, để khắc phục tình trạng thiếu độ ẩm có thể những cách khác: tăng khả năng hấp thụ và giảm tiêu thụ, cũng như khả năng chịu đựng sự thất thoát nước lớn. Đồng thời, có hai cách chính để khắc phục hạn hán: khả năng chống hút ẩm mô, hoặc điều hòa tích cực cân bằng nước và khả năng chịu hút ẩm nghiêm trọng.

Sự thích nghi về cấu trúc khác nhau với điều kiện thiếu độ ẩm là rất quan trọng đối với xerophyte. Ví dụ, rễ phát triển mạnh giúp cây tăng khả năng hấp thụ độ ẩm của đất. Thông thường, ở các loài cây thân thảo và cây bụi ở sa mạc Trung Á, khối lượng dưới lòng đất lớn gấp 9-10 lần khối lượng trên mặt đất. Hệ thống rễ của xerophytes thường thuộc loại rộng, nghĩa là cây có rễ dài, trải rộng trên một thể tích đất lớn, nhưng phân nhánh kém. Thâm nhập vào độ sâu lớn, những rễ như vậy cho phép, ví dụ, cây bụi sa mạc sử dụng độ ẩm của các tầng đất sâu và trong một số trường hợp là nước ngầm. Các loài khác, chẳng hạn như cỏ thảo nguyên, có hệ thống rễ dày đặc. Chúng bao phủ một lượng đất nhỏ, nhưng do phân nhánh dày đặc nên chúng sử dụng độ ẩm càng nhiều càng tốt (Hình 4.17).

Các cơ quan trên cạn của xerophyte được phân biệt bằng những đặc điểm đặc biệt mang dấu ấn của điều kiện cung cấp nước khó khăn. Chúng có hệ thống dẫn nước rất phát triển, có thể thấy rõ qua mật độ của mạng lưới gân trên lá cung cấp nước cho các mô (Hình 4.18).

Tính năng này giúp xerophytes dễ dàng bổ sung lượng ẩm dự trữ được sử dụng cho quá trình thoát hơi nước. Sự thích ứng bảo vệ cấu trúc ở xerophyte nhằm giảm lượng nước tiêu thụ có thể được tóm tắt như sau:

1. Bề mặt thoát hơi nước nói chung bị giảm do phiến lá nhỏ hẹp và bị thu nhỏ nhiều.

2. Giảm bề mặt lá trong thời kỳ nóng nhất và khô nhất của mùa sinh trưởng.

3.Bảo vệ lá khỏi bị mất độ ẩm lớn do thoát hơi nước do sự phát triển của các mô tích hợp mạnh mẽ - lớp biểu bì có thành dày hoặc nhiều lớp, thường mang nhiều loại lông và lông phát triển khác nhau tạo thành lớp lông tơ dày "có cảm giác" trên bề mặt lá.

4. Tăng cường phát triển mô cơ học, chống võng lá do thất thoát nước nhiều.

Hình 4.17 Các loại hệ thống gốc khác nhau:

A-rộng (gai lạc đà);

thâm canh B (lúa mì

Xerophytes có đặc điểm cấu trúc lá xeromorphic rõ rệt nhất được liệt kê ở trên có đặc điểm đặc biệt vẻ bề ngoài(cây kế, cây ngải thảo nguyên và sa mạc, cỏ lông, saxaul, v.v.), mà họ đã nhận được tên xơ cứng. Sclerophytes (từ tiếng Hy Lạp “skleros” - cứng, cứng) không tích tụ độ ẩm mà làm bay hơi với số lượng lớn, liên tục hút nó ra khỏi các lớp sâu của đất. Thân của những cây này cứng, khô, đôi khi hóa gỗ, có một lượng lớn mô cơ học. Nếu ngừng cung cấp nước trong thời gian dài, lá hoặc một phần chồi có thể bị rụng, dẫn đến khả năng thoát hơi nước giảm. Nhiều xerophyte chịu đựng mùa khô trong trạng thái ngủ đông bắt buộc.

Hình 4.18 Sự khác biệt về gân lá (A), kích thước và số lượng khí khổng (B)

Ở xerophyte và mesophyte (từ A.P. Shennikov, 1950):

1 -xerophyte sa mạc-Họ Psoraleadrupaceae;

2 -thực vật trung sinh rừng-Paris quadrifolia

Một nhóm xerophytes khác có khả năng tích tụ một lượng lớn nước trong mô của chúng và được gọi là “mọng nước” (từ tiếng Latin “succulentus” - ngon ngọt, béo). Các mô chứa nước của chúng có thể phát triển ở thân hoặc lá nên chúng được chia thành các loài mọng nước có thân (xương rồng, cỏ tai) và lá mọng nước(lô hội, cây thùa, trẻ). Cơ thể của các loài xương rồng thường được bao phủ bởi một lớp biểu bì dày và một lớp phủ sáp. Hầu như không có khí khổng trên bề mặt cơ thể. Và nếu có thì chúng nhỏ, nằm trong các lỗ và hầu như luôn đóng lại. Họ chỉ mở cửa vào ban đêm. Tất cả điều này làm giảm đáng kể sự thoát hơi nước. Tính năng đặc trưng mọng nước có khả năng hấp thụ cao. Trong mùa mưa, một số loài hấp thụ lượng nước lớn hơn. Độ ẩm tích lũy sau đó sẽ được các loài xương rồng tiêu thụ từ từ. Cây mọng nước mọc ở những vùng có khí hậu khô, nóng. Nơi thỉnh thoảng có những cơn mưa xối xả nhưng lớn nhưng ngắn hạn.

Nói chung hình dạng khác nhau sự thích nghi với chế độ nước ở thực vật và động vật phát triển trong quá trình tiến hóa được thể hiện ở Bảng 4.9.

Bảng 4.9

Sự thích nghi với điều kiện khô hạn ở thực vật và động vật

(theo N. Green và cộng sự, 1993)

Thích ứng	Ví dụ
Giảm mất nước
Lá biến thành kim hoặc gai khí khổng chìm Lá cuốn thành hình trụ Lớp biểu bì sáp dày Thân dày với tỷ lệ thể tích trên bề mặt cao Lá có lông Rụng lá khi hạn hán Khí khổng mở vào ban đêm và đóng vào ban ngày Cố định CO2 hiệu quả vào ban đêm khi khí khổng chưa mở hoàn toàn Giải phóng nitơ dưới dạng axit uric Quai Henle kéo dài ở thận Vải chịu được nhiệt độ cao do giảm tiết mồ hôi hoặc thoát hơi nước Động vật trốn trong hang Các lỗ thở được che bằng van	Họ xương rồng, Euphorbiaceae (euphorbia), loài cây lá kimPinus, AmmophilaAmmophila Lá của hầu hết các loài xerophytes, côn trùng Cactaceae, Euphorbiaceae ("mọng nước") Nhiều loài thực vật vùng núi cao Họ Fouguieriasplendens Crassulaceae(dày) Thực vật C-4, chẳng hạn như Zeamays Côn trùng, chim và một số loài bò sát Động vật có vú ở sa mạc, ví dụ lạc đà, chuột sa mạc Nhiều loài thực vật sa mạc, lạc đà Nhiều loài động vật có vú nhỏ ở sa mạc, chẳng hạn như chuột sa mạc Nhiều côn trùng
Tăng khả năng hấp thụ nước
Hệ thống rễ bề ngoài rộng rãi và rễ thâm nhập sâu Rễ dài Đào đường dẫn nước	Một số họ xương rồng như Opuntia và Euphorbiaceae Nhiều loài thực vật vùng núi cao, chẳng hạn như edelweiss (Leontopodium alpinum)
Kho chứa nước
Trong tế bào niêm mạc và thành tế bào Trong bàng quang chuyên biệt Ở dạng chất béo (nước là sản phẩm oxy hóa)		Họ xương rồng và họ Euphorbiaceae ếch sa mạc chuột sa mạc
Khả năng chống mất nước sinh lý
Với tình trạng mất nước có thể nhìn thấy được, khả năng sống sót vẫn còn Giảm một phần đáng kể trọng lượng cơ thể và nhanh chóng lấy lại khi có nước		Một số loài dương xỉ và rêu biểu sinh, nhiều loài rêu và địa y, cói Sagekh Physoid Lumbricusterrestris (giảm tới 70% trọng lượng), lạc đà (giảm tới 30%)

Cuối bảng 4,9

Thích ứng	Ví dụ
"Né tránh vấn đề"
Sống sót qua thời kỳ bất lợi bằng hạt giống Chúng sống sót qua thời kỳ không thuận lợi ở dạng củ và củ Phát tán hạt giống với hy vọng một số sẽ tìm được điều kiện thuận lợi Phản ứng hành vi tránh né Mùa hè ngủ đông trong cái kén nhầy nhụa