4.1. الموائل المائية. تفاصيل تكيف الكائنات المائية
يتمتع الماء كموئل بعدد من الخصائص المحددة، مثل الكثافة العالية، وانخفاض الضغط القوي، ومحتوى الأكسجين المنخفض نسبيًا، والامتصاص القوي لأشعة الشمس، وما إلى ذلك. كما تختلف الخزانات ومناطقها الفردية أيضًا في نظام الملح، وسرعة الحركات الأفقية (التيارات) محتوى الجزيئات العالقة. بالنسبة لحياة الكائنات القاعية، تعد خصائص التربة وطريقة تحلل المخلفات العضوية وما إلى ذلك أمرًا مهمًا، لذلك، إلى جانب التكيف مع الخصائص العامة للبيئة المائية، يجب أيضًا أن يتكيف سكانها مع مجموعة متنوعة من الكائنات الحية شروط معينة. حصل سكان البيئة المائية على اسم شائع في علم البيئة هيدروبونتس. يسكنون المحيط العالمي والخزانات القارية والمياه الجوفية. في أي مسطح مائي، يمكن تمييز المناطق ذات الظروف المختلفة.
4.1.1. المناطق البيئية في المحيط العالمي
يوجد في المحيطات وبحارها منطقتان بيئيتان أساسيتان: العمود المائي - سطحية والقاع - benthal (الشكل 38). اعتمادا على العمق، يتم تقسيم Benthal إلى تحت الساحليالمنطقة - مساحة الانحدار التدريجي للأرض إلى عمق حوالي 200 م، باثيال– منطقة منحدر حاد و منطقة سحيقة- مساحة من قاع المحيط بمتوسط عمق 3-6 كم. حتى المناطق القاعية الأعمق التي تتوافق مع المنخفضات في قاع المحيط تسمى فائقة السحيقة.تسمى حافة الشاطئ التي تغمرها المياه أثناء المد العالي ساحليفوق مستوى المد يسمى الجزء من الساحل المبلل برذاذ الأمواج فوق الساحلي.
أرز. 38. المناطق البيئية في المحيط العالمي
بطبيعة الحال، على سبيل المثال، يعيش سكان المنطقة تحت الساحلية في ظروف الضغط المنخفض نسبيا، وأشعة الشمس أثناء النهار، وغالبا ما تكون تغيرات كبيرة في درجة الحرارة. يعيش سكان الأعماق السحيقة والسحيقة للغاية في الظلام، عند درجة حرارة ثابتة وضغط وحشي يبلغ عدة مئات، وأحيانًا حوالي ألف من الأجواء. لذلك، فإن مجرد إشارة إلى المنطقة القاعية التي يعيش فيها نوع معين من الكائنات الحية، يشير بالفعل إلى الخصائص البيئية العامة التي يجب أن يتمتع بها. تمت تسمية جميع سكان قاع المحيط القاعيات.
يتم تصنيف الكائنات الحية التي تعيش في عمود الماء، أو منطقة السطح، على أنها بيلاجوس. وتنقسم المنطقة السطحية أيضًا إلى مناطق رأسية تتوافق في العمق مع المناطق القاعية: فوق سطح البحر، تحت سطح البحر، عميق في أعماق البحار.يتم تحديد الحد الأدنى للمنطقة epipelagic (لا يزيد عن 200 متر) عن طريق تغلغل ضوء الشمس بكمية كافية لعملية التمثيل الضوئي. ولا يمكن لنباتات التمثيل الضوئي أن توجد في عمق أكبر من هذه المناطق. في الأعماق السحيقة المظلمة والشفقية، تعيش الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات فقط. تتميز جميع أنواع الخزانات الأخرى أيضًا بمناطق بيئية مختلفة: البحيرات والمستنقعات والبرك والأنهار وما إلى ذلك. إن تنوع الكائنات المائية التي أتقنت كل هذه الموائل كبير جدًا.
4.1.2. الخصائص الأساسية للبيئة المائية
كثافة الماءهو العامل الذي يحدد ظروف حركة الكائنات المائية والضغط على أعماق مختلفة. بالنسبة للماء المقطر، تكون الكثافة 1 جم/سم 3 عند 4 درجات مئوية. ويمكن أن تكون كثافة المياه الطبيعية التي تحتوي على أملاح مذابة أكبر، حيث تصل إلى 1.35 جم/سم 3 . يزداد الضغط مع العمق بمعدل 1 × 10 5 باسكال (1 ضغط جوي) لكل 10 أمتار.
بسبب التدرج الحاد في الضغط في المسطحات المائية، تكون الكائنات المائية بشكل عام أكثر يورباثيكًا مقارنة بالكائنات البرية. وتتحمل بعض الأنواع، الموزعة على أعماق مختلفة، الضغط من عدة إلى مئات من الأجواء. على سبيل المثال، يعيش الهولوثوريون من جنس Elpidia والديدان Priapulus caudatus من المنطقة الساحلية إلى المنطقة السحيقة للغاية. حتى سكان المياه العذبة، مثل أهداب النعال، والسوفويكاس، والخنافس السباحة، وما إلى ذلك، يمكنهم تحمل ما يصل إلى 6 × 10 7 باسكال (600 ضغط جوي) في التجارب.
ومع ذلك، فإن العديد من سكان البحار والمحيطات هم ضيقو الأفق نسبيا ويقتصرون على أعماق معينة. غالبًا ما يكون الضيق من سمات الأنواع الضحلة والعميقة. المنطقة الساحلية فقط هي التي تسكنها الطحالب أرينيكولا والرخويات البطلينوس (الرضفة). العديد من الأسماك، على سبيل المثال من مجموعة الصيادين، ورأسيات الأرجل، والقشريات، والبوغونوفورا، ونجم البحر، وما إلى ذلك، توجد فقط في أعماق كبيرة عند ضغط لا يقل عن 4107 – 5107 باسكال (400-500 ضغط جوي).
توفر كثافة الماء القدرة على الاعتماد عليه، وهو أمر مهم بشكل خاص للأشكال غير الهيكلية. تعمل كثافة البيئة كشرط للطفو في الماء، وتتكيف العديد من الكائنات المائية خصيصًا مع طريقة الحياة هذه. تندمج الكائنات العائمة العائمة في الماء في مجموعة بيئية خاصة من الكائنات المائية - العوالق ("العوالق" - ارتفاع).
أرز. 39. زيادة في سطح الجسم النسبي للكائنات العوالق (وفقًا لـ S. A. Zernov، 1949):
أ- على شكل قضيب:
1 – دياتوم سيندرا.
2 – البكتيريا الزرقاء أفانيزومينون.
3 - طحالب البيريدين أمفيسولينيا؛
4 – الحنديرة أكوس.
5 – رأسيات الأرجل دوراتوبسيس الدودية.
6 - مجدافيات الأرجل سيتيلا؛
7 - يرقة البورسلانا (Decapoda)
ب – الأشكال المشرحة :
1 – الرخويات جلوكوس الأطلسي.
2 - الدودة Tomopetris euchaeta؛
3 – يرقة جراد البحر Palinurus؛
4 - يرقة سمكة الراهب لوفيوس؛
5 – مجدافيات الأرجل كالوكالانوس بافو
تشتمل العوالق على الطحالب أحادية الخلية والمستعمرة، والأوليات، وقناديل البحر، والسيفونوفور، والمخروطيات، وبيتروبودات، ورخويات كيلوت، والقشريات الصغيرة المختلفة، ويرقات الحيوانات القاعية، وبيض الأسماك والزريعة، وغيرها الكثير (الشكل 39). تمتلك الكائنات العوالق العديد من التكيفات المشابهة التي تزيد من قدرتها على الطفو وتمنعها من الغرق إلى القاع. وتشمل هذه التكيفات ما يلي: 1) زيادة عامة في السطح النسبي للجسم بسبب انخفاض الحجم، أو التسطيح، أو الاستطالة، أو ظهور العديد من النتوءات أو الشعيرات، مما يزيد من الاحتكاك بالماء؛ 2) انخفاض الكثافة بسبب تقلص الهيكل العظمي وتراكم الدهون وفقاعات الغاز وما إلى ذلك في الجسم. في الدياتومات، تترسب المواد الاحتياطية ليس على شكل نشا ثقيل، ولكن على شكل قطرات دهنية . يتميز ضوء الليل Noctiluca بوفرة فجوات الغاز وقطرات الدهون في الخلية بحيث يبدو السيتوبلازم الموجود فيها على شكل خيوط تندمج فقط حول النواة. تحتوي السيفونوفورات وعدد من قنديل البحر وبطنيات الأقدام العوالق وما إلى ذلك أيضًا على غرف هوائية.
الأعشاب البحرية (العوالق النباتية)وهي تطفو في الماء بشكل سلبي، ولكن معظم الحيوانات العوالق قادرة على السباحة النشطة، ولكن إلى حد محدود. لا تستطيع الكائنات العوالق أن تتغلب على التيارات وتنتقل بواسطتها لمسافات طويلة. أنواع عديدة العوالق الحيوانيةومع ذلك، فهي قادرة على الهجرة العمودية في عمود الماء لعشرات ومئات الأمتار، سواء بسبب الحركة النشطة أو من خلال تنظيم طفو أجسامها. نوع خاص من العوالق هو مجموعة بيئية نيوستون ("nein" - السباحة) - سكان الطبقة السطحية من الماء على الحدود مع الهواء.
تؤثر كثافة ولزوجة الماء بشكل كبير على إمكانية السباحة النشطة. تتحد الحيوانات القادرة على السباحة السريعة والتغلب على قوة التيارات في مجموعة بيئية السوابح ("nektos" - عائمة). ممثلو النكتون هم الأسماك والحبار والدلافين. الحركة السريعة في عمود الماء ممكنة فقط إذا كان لديك شكل جسم انسيابي وعضلات متطورة للغاية. تم تطوير الشكل الطوربيدي لدى جميع السباحين الجيدين، بغض النظر عن انتمائهم المنهجي وطريقة الحركة في الماء: رد الفعل، بسبب ثني الجسم، بمساعدة الأطراف.
نظام الأكسجين.وفي الماء المشبع بالأكسجين لا يتجاوز محتواه 10 مل لكل 1 لتر، وهو أقل بـ 21 مرة مما هو عليه في الغلاف الجوي. ولذلك، فإن ظروف التنفس للكائنات المائية معقدة بشكل كبير. يدخل الأكسجين إلى الماء بشكل رئيسي من خلال نشاط التمثيل الضوئي للطحالب وانتشاره من الهواء. ولذلك، فإن الطبقات العليا من عمود الماء، كقاعدة عامة، أكثر ثراء في هذا الغاز من الطبقات السفلية. مع زيادة درجة حرارة الماء وملوحته، ينخفض تركيز الأكسجين فيه. في الطبقات المكتظة بالحيوانات والبكتيريا، يمكن أن يحدث نقص حاد في O 2 بسبب زيادة استهلاكه. على سبيل المثال، في المحيط العالمي، تتميز الأعماق الغنية بالحياة من 50 إلى 1000 متر بتدهور حاد في التهوية - فهي أقل بمقدار 7-10 مرات من المياه السطحية التي تسكنها العوالق النباتية. يمكن أن تكون الظروف القريبة من قاع الخزانات قريبة من اللاهوائية.
يوجد بين الكائنات المائية العديد من الأنواع التي يمكنها تحمل التقلبات الكبيرة في محتوى الأكسجين في الماء، حتى غيابه شبه الكامل (يوروكسيبيونتس - "أوكسي" - أكسجين، "بيونت" - ساكن). وتشمل هذه، على سبيل المثال، قليلات المياه العذبة Tubifex tubifex وبطنيات الأقدام Viviparus viviparus. من بين الأسماك، يمكن لسمك الشبوط، والتنش، وكارب الدوع أن يتحمل انخفاضًا شديدًا في تشبع الماء بالأكسجين. ومع ذلك، هناك عدد من الأنواع stenoxybiont – يمكن أن توجد فقط مع تشبع الماء بالأكسجين بدرجة كافية (تراوت قوس قزح، سمك السلمون المرقط البني، أسماك المنوة، دودة الرموش بلاناريا ألبينا، يرقات ذباب مايو، الذباب الحجري، إلخ). العديد من الأنواع قادرة على الوقوع في حالة عدم النشاط عندما يكون هناك نقص في الأكسجين - نقص الأكسجين - وبالتالي تجربة فترة غير مواتية.
يحدث تنفس الكائنات المائية إما من خلال سطح الجسم أو من خلال الأعضاء المتخصصة - الخياشيم والرئتين والقصبة الهوائية. في هذه الحالة، يمكن للغلاف أن يكون بمثابة جهاز تنفسي إضافي. على سبيل المثال، تستهلك سمكة اللوتش ما متوسطه 63% من الأكسجين عبر جلدها. إذا حدث تبادل الغازات من خلال أغطية الجسم، فهي رقيقة جدًا. كما أصبح التنفس أسهل عن طريق زيادة مساحة السطح. يتم تحقيق ذلك أثناء تطور الأنواع من خلال تكوين نواتج مختلفة، والتسطيح، والاستطالة، وانخفاض عام في حجم الجسم. بعض الأنواع، عندما يكون هناك نقص في الأكسجين، تغير حجم سطح الجهاز التنفسي بشكل فعال. تعمل ديدان Tubifex tubifex على إطالة جسمها بشكل كبير؛ هيدرا وشقائق النعمان البحرية - مخالب. شوكيات الجلد - أرجل متنقلة. تقوم العديد من الحيوانات اللاطئة والمستقرة بتجديد المياه من حولها، إما عن طريق خلق تيار موجه أو عن طريق الحركات المتذبذبة، مما يعزز اختلاطها. تستخدم الرخويات ذات الصدفتين أهدابًا تبطن جدران تجويف الوشاح لهذا الغرض؛ القشريات - عمل الساقين البطنية أو الصدرية. العلق، يرقات بعوضة الجرس (ديدان الدم)، والعديد من قليلات الأشواك تتمايل أجسادها، وتخرج من الأرض.
في بعض الأنواع، يحدث مزيج من التنفس المائي والهواء. وتشمل هذه الأسماك الرئوية، والسيفونوفورات discophants، والعديد من الرخويات الرئوية، والقشريات Gammarus lacustris، وما إلى ذلك. عادة ما تحتفظ الحيوانات المائية الثانوية بنوع التنفس الجوي لأنه أكثر ملاءمة للطاقة وبالتالي تتطلب الاتصال بالهواء، على سبيل المثال، زعانف الأقدام والحيتانيات وخنافس الماء. ، يرقات البعوض، الخ.
يؤدي نقص الأكسجين في الماء أحيانًا إلى ظواهر كارثية - أنا أموت، يرافقه موت العديد من الكائنات المائية. يتجمد الشتاءغالبًا ما يكون السبب هو تكوين الجليد على سطح المسطحات المائية وتوقف الاتصال بالهواء. صيف– زيادة في درجة حرارة الماء وما ينتج عن ذلك من انخفاض في ذوبان الأكسجين.
إن الموت المتكرر للأسماك والعديد من اللافقاريات في الشتاء هو سمة مميزة، على سبيل المثال، للجزء السفلي من حوض نهر أوب، الذي تتدفق مياهه من الأراضي الرطبة في الأراضي المنخفضة في غرب سيبيريا، وهي فقيرة للغاية في الأكسجين المذاب. في بعض الأحيان يحدث الموت في البحار.
بالإضافة إلى نقص الأكسجين، يمكن أن يكون سبب الوفاة زيادة في تركيز الغازات السامة في الماء - الميثان، كبريتيد الهيدروجين، ثاني أكسيد الكربون، وما إلى ذلك، والتي تشكلت نتيجة لتحلل المواد العضوية في قاع الخزانات .
نظام الملح.الحفاظ على التوازن المائي للكائنات المائية له خصائصه الخاصة. إذا كان من المهم بالنسبة للحيوانات والنباتات الأرضية تزويد الجسم بالمياه في حالات نقصها، فبالنسبة للهيدروبيونات، لا يقل أهمية الحفاظ على كمية معينة من الماء في الجسم عندما يكون هناك فائض منه في البيئة . تؤدي الكميات الزائدة من الماء في الخلايا إلى تغيرات في الضغط الأسموزي وتعطيل أهم الوظائف الحيوية.
معظم الحياة المائية متفاعل: يعتمد الضغط الأسموزي في أجسامهم على ملوحة المياه المحيطة. ولذلك، فإن الطريقة الرئيسية للكائنات المائية للحفاظ على توازن الملح لديها هي تجنب الموائل ذات الملوحة غير المناسبة. لا يمكن لأشكال المياه العذبة أن تتواجد في البحار، والأشكال البحرية لا تتحمل تحلية المياه. وإذا تعرضت ملوحة الماء للتغيرات، تتحرك الحيوانات بحثاً عن بيئة مناسبة. على سبيل المثال، عندما تتحلى الطبقات السطحية للبحر بعد هطول أمطار غزيرة، تنحدر القشريات الراديوية والقشريات البحرية كالانوس وغيرها إلى عمق 100 متر، وتنتمي الفقاريات والقشريات العليا والحشرات ويرقاتها التي تعيش في الماء متجانس الأنواع، والحفاظ على الضغط الاسموزي المستمر في الجسم بغض النظر عن تركيز الأملاح في الماء.
في أنواع المياه العذبة، تكون عصائر الجسم مفرطة التوتر بالنسبة للمياه المحيطة بها. إنهم معرضون لخطر الإفراط في الري إذا لم يتم منع تدفق المياه أو لم يتم إزالة الماء الزائد من الجسم. يتم تحقيق ذلك في الأوليات من خلال عمل فجوات الإخراج، في الكائنات متعددة الخلايا - عن طريق إزالة الماء من خلال نظام الإخراج. تفرز بعض الشركات العملاقة كمية من الماء تساوي حجم جسمها كل 2-2.5 دقيقة. تنفق الخلية الكثير من الطاقة "لضخ" الماء الزائد. مع زيادة الملوحة، يتباطأ عمل الفجوات. وهكذا، في نعال البراميسيوم، عند ملوحة ماء تبلغ 2.5%، تنبض الفجوة على فترات 9 ثوان، عند 5%س - 18 ثانية، عند 7.5%س - 25 ثانية. عند تركيز ملح 17.5%، تتوقف الفجوة عن العمل، حيث يختفي الفرق في الضغط الاسموزي بين الخلية والبيئة الخارجية.
إذا كان الماء مفرط التوتر بالنسبة لسوائل الجسم في الكائنات المائية، فهي معرضة لخطر الجفاف نتيجة للفقد الأسموزي. وتتحقق الحماية ضد الجفاف عن طريق زيادة تركيز الأملاح أيضًا في جسم الكائنات المائية. يتم منع الجفاف عن طريق الغلاف غير المنفذ للماء للكائنات الحية المتجانسة - الثدييات والأسماك وجراد البحر الأعلى والحشرات المائية ويرقاتها.
تنتقل العديد من الأنواع poikilosmotic إلى حالة غير نشطة - الرسوم المتحركة المعلقة نتيجة لنقص الماء في الجسم مع زيادة الملوحة. هذه هي سمة الأنواع التي تعيش في برك مياه البحر وفي المنطقة الساحلية: الدوارات، السوطيات، الهدبيات، بعض القشريات، البحر الأسود متعدد الأشواك Nereis Divisicolor، إلخ. الرسوم المتحركة المعلقة الملح– وسيلة للبقاء على قيد الحياة في فترات غير مواتية في ظروف ملوحة الماء المتغيرة.
حقا يوريهالينلا يوجد العديد من الأنواع بين الكائنات المائية التي يمكنها العيش في حالة نشطة في المياه العذبة والمالحة. هذه هي الأنواع التي تعيش بشكل رئيسي في مصبات الأنهار ومصبات الأنهار وغيرها من المسطحات المائية قليلة الملوحة.
درجة حرارةالخزانات أكثر استقرارًا من الموجودة على الأرض. ويرجع ذلك إلى الخصائص الفيزيائية للمياه، وخاصة قدرتها الحرارية العالية المحددة، والتي بفضلها لا يؤدي استلام أو إطلاق كمية كبيرة من الحرارة إلى حدوث تغيرات مفاجئة في درجة الحرارة. إن تبخر الماء من سطح الخزانات، الذي يستهلك حوالي 2263.8 جول/جم، يمنع ارتفاع درجة حرارة الطبقات السفلية، كما أن تكوين الجليد، الذي يطلق حرارة الانصهار (333.48 جول/جم)، يبطئ تبريدها.
لا يزيد حجم التقلبات السنوية في درجات الحرارة في الطبقات العليا للمحيط عن 10-15 درجة مئوية، وفي المياه القارية - 30-35 درجة مئوية. تتميز الطبقات العميقة من الماء بثبات درجة الحرارة. في المياه الاستوائية، يبلغ متوسط درجة الحرارة السنوية للطبقات السطحية +(26-27) درجة مئوية، وفي المياه القطبية حوالي 0 درجة مئوية وأقل. في الينابيع الأرضية الساخنة، يمكن أن تقترب درجة حرارة الماء من +100 درجة مئوية، وفي السخانات تحت الماء، عند الضغط العالي في قاع المحيط، تم تسجيل درجات حرارة +380 درجة مئوية.
وبالتالي، هناك مجموعة كبيرة إلى حد ما من ظروف درجة الحرارة في الخزانات. بين الطبقات العليا من الماء مع تقلبات درجات الحرارة الموسمية المعبر عنها فيها والطبقات السفلية، حيث يكون النظام الحراري ثابتًا، توجد منطقة قفزة في درجة الحرارة، أو خط حراري. يكون الخط الحراري أكثر وضوحًا في البحار الدافئة، حيث يكون الفرق في درجة الحرارة بين المياه الخارجية والعميقة أكبر.
نظرًا لنظام درجة حرارة الماء الأكثر استقرارًا، فإن تضيق الحرارة شائع بين الكائنات المائية إلى حد أكبر بكثير منه بين سكان الأرض. توجد الأنواع الحرارية بشكل رئيسي في الخزانات القارية الضحلة وفي المنطقة الساحلية للبحار ذات خطوط العرض العالية والمعتدلة، حيث تكون تقلبات درجات الحرارة اليومية والموسمية كبيرة.
وضع الضوء.يوجد ضوء في الماء أقل بكثير من الهواء. تنعكس بعض الأشعة الساقطة على سطح الخزان إلى الهواء. كلما كان موضع الشمس منخفضًا، كان الانعكاس أقوى، وبالتالي يكون اليوم تحت الماء أقصر منه على الأرض. على سبيل المثال، يوم صيفي بالقرب من جزيرة ماديرا على عمق 30 م - 5 ساعات، وعلى عمق 40 م 15 دقيقة فقط. ويرتبط الانخفاض السريع في كمية الضوء مع العمق بامتصاصه بواسطة الماء. يتم امتصاص الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة بشكل مختلف: تختفي الأشعة الحمراء بالقرب من السطح، بينما تخترق الأشعة الزرقاء والخضراء أعمق بكثير. الشفق في المحيط، الذي يتعمق بعمق، يكون أولًا أخضر، ثم أزرق، ونيلي، والبنفسجي الأزرق، وأخيرًا يفسح المجال للظلام المستمر. وعليه فإن الطحالب الخضراء والبنية والحمراء، المتخصصة في التقاط الضوء بأطوال موجية مختلفة، تحل محل بعضها البعض بعمق.
يتغير لون الحيوانات مع العمق تمامًا بشكل طبيعي. سكان المناطق الساحلية وشبه الساحلية هم الأكثر سطوعًا وتنوعًا في الألوان. العديد من الكائنات الحية العميقة، مثل كائنات الكهف، لا تحتوي على أصباغ. وفي منطقة الشفق ينتشر اللون الأحمر، وهو مكمل للضوء الأزرق البنفسجي في هذه الأعماق. يمتص الجسم أشعة الألوان الإضافية بشكل كامل. وهذا يسمح للحيوانات بالاختباء من الأعداء، حيث ينظر إلى لونها الأحمر في الأشعة الزرقاء البنفسجية على أنها سوداء. اللون الأحمر هو سمة من سمات حيوانات منطقة الشفق مثل القاروص والمرجان الأحمر والقشريات المختلفة وما إلى ذلك.
وفي بعض الأنواع التي تعيش بالقرب من سطح المسطحات المائية، تنقسم العيون إلى قسمين يتمتعان بقدرات مختلفة على انكسار الأشعة. نصف العين يرى في الهواء، والآخر في الماء. هذه "العيون الأربعة" هي سمة من سمات الخنافس الفقارية، والأسماك الأمريكية Anableps tetraphthalmus، وأحد الأنواع الاستوائية من blenny Dialommus fuscus. أثناء انخفاض المد والجزر، تجلس هذه السمكة في فترات الاستراحة، كاشفة جزءًا من رأسها عن الماء (انظر الشكل 26).
يكون امتصاص الضوء أقوى، كلما قلت شفافية الماء، وهذا يعتمد على عدد الجزيئات العالقة فيه.
تتميز الشفافية بالعمق الأقصى الذي يظل فيه القرص الأبيض المنخفض خصيصًا والذي يبلغ قطره حوالي 20 سم (قرص Secchi) مرئيًا. أنقى المياه موجودة في بحر سارجاسو: يمكن رؤية القرص على عمق 66.5 مترًا، وفي المحيط الهادئ، يمكن رؤية قرص سيتشي حتى 59 مترًا، وفي المحيط الهندي - حتى 50 مترًا، وفي البحار الضحلة - حتى عمق 50 مترًا. 5-15 م. تبلغ شفافية الأنهار في المتوسط 1-1.5 م، وفي الأنهار الأكثر طيناً، على سبيل المثال في آسيا الوسطى أموداريا وسير داريا، بضعة سنتيمترات فقط. وبالتالي فإن حدود منطقة التمثيل الضوئي تختلف اختلافًا كبيرًا في المسطحات المائية المختلفة. في أوضح المياه مبتهجمنطقة أو منطقة التمثيل الضوئي تمتد إلى أعماق لا تزيد عن 200 متر شفقية أو خلل التوتر،وتحتل المنطقة أعماقًا تصل إلى 1000-1500 متر، وأعمق من ذلك عديم البصرالمنطقة، أشعة الشمس لا تخترق على الإطلاق.
تختلف كمية الضوء في الطبقات العليا من الخزانات بشكل كبير حسب خط عرض المنطقة والوقت من السنة. الليالي القطبية الطويلة تحد بشدة من الوقت المتاح لعملية التمثيل الضوئي في أحواض القطب الشمالي والقطب الجنوبي، كما أن الغطاء الجليدي يجعل من الصعب وصول الضوء إلى جميع المسطحات المائية المتجمدة في الشتاء.
في أعماق المحيط المظلمة، تستخدم الكائنات الحية الضوء المنبعث من الكائنات الحية كمصدر للمعلومات البصرية. يسمى توهج الكائن الحي تلألؤ بيولوجي.توجد الأنواع المضيئة في جميع فئات الحيوانات المائية تقريبًا من الأوليات إلى الأسماك، وكذلك بين البكتيريا والنباتات السفلية والفطريات. يبدو أن التلألؤ البيولوجي قد نشأ عدة مرات في مجموعات مختلفة في مراحل مختلفة من التطور.
إن كيمياء التلألؤ البيولوجي أصبحت الآن مفهومة جيدًا. وتتنوع التفاعلات المستخدمة لتوليد الضوء. ولكن في جميع الحالات هذا هو أكسدة المركبات العضوية المعقدة (لوسيفيرين)باستخدام محفزات البروتين (لوسيفيراز).لوسيفيرين ولوسيفيراز لها هياكل مختلفة في الكائنات الحية المختلفة. أثناء التفاعل، يتم إطلاق الطاقة الزائدة لجزيء اللوسيفيرين المتحمس على شكل كمات ضوئية. تبعث الكائنات الحية الضوء على شكل نبضات، عادة استجابة لمحفزات قادمة من البيئة الخارجية.
قد لا يلعب التوهج دورًا بيئيًا خاصًا في حياة نوع ما، ولكنه قد يكون نتيجة ثانوية للنشاط الحيوي للخلايا، كما هو الحال، على سبيل المثال، في البكتيريا أو النباتات السفلية. يكتسب أهمية بيئية فقط في الحيوانات التي لديها جهاز عصبي وأعضاء بصرية متطورة بما فيه الكفاية. في العديد من الأنواع، تكتسب الأعضاء الانارة بنية معقدة للغاية مع نظام من العاكسات والعدسات التي تعزز الإشعاع (الشكل 40). يستخدم عدد من الأسماك ورأسيات الأرجل، غير القادرة على توليد الضوء، البكتيريا التكافلية التي تتكاثر في الأعضاء الخاصة لهذه الحيوانات.
أرز. 40. أجهزة التلألؤ للحيوانات المائية (وفقًا لـ S. A. Zernov، 1949):
1 - سمكة أبو الشص في أعماق البحار مع مصباح يدوي فوق فمها المسنن؛
2 – توزيع الأعضاء المضيئة في أسماك العائلة. فطريات.
3 – العضو المضيء لسمكة Argyropelecus affinis :
أ- الصباغ، ب- العاكس، ج- الجسم المضيء، د- العدسة
للتلألؤ البيولوجي بشكل أساسي قيمة إشارة في حياة الحيوانات. يمكن أن تعمل الإشارات الضوئية على التوجيه في القطيع، وجذب الأفراد من الجنس الآخر، وإغراء الضحايا، للتمويه أو الإلهاء. يمكن أن يكون وميض الضوء بمثابة دفاع ضد حيوان مفترس، مما يؤدي إلى إصابته بالعمى أو إرباكه. على سبيل المثال، يطلق الحبار في أعماق البحار، أثناء فراره من العدو، سحابة من الإفراز المضيء، بينما تستخدم الأنواع التي تعيش في المياه المضيئة سائلًا داكنًا لهذا الغرض. في بعض الديدان السفلية - متعددة الأشواك - تتطور الأعضاء المضيئة خلال فترة نضوج المنتجات التناسلية، وتتوهج الإناث بشكل أكثر إشراقًا، وتتطور العيون بشكل أفضل عند الذكور. في أسماك أعماق البحار المفترسة من رتبة أسماك أبو الشص، يتم نقل الشعاع الأول من الزعنفة الظهرية إلى الفك العلوي ويتحول إلى "قضيب" مرن يحمل في النهاية "طعمًا" على شكل دودة - وهي غدة مملوءة بالمخاط. بالبكتيريا المضيئة. من خلال تنظيم تدفق الدم إلى الغدة، وبالتالي إمداد البكتيريا بالأكسجين، يمكن للأسماك أن تتسبب طوعًا في توهج "الطعم"، وتقليد حركات الدودة وإغراء الفريسة.
في البيئة الأرضية، يتطور التلألؤ البيولوجي فقط في عدد قليل من الأنواع، وبقوة أكبر في الخنافس من عائلة اليراعات، والتي تستخدم الإشارات الضوئية لجذب الأفراد من الجنس الآخر أثناء الشفق أو الليل.
4.1.3. بعض التكيفات المحددة للكائنات المائية
طرق توجيه الحيوانات في البيئة المائية.إن العيش في الشفق أو الظلام المستمر يحد بشكل كبير من خياراتك التوجه البصري هيدروبونتس. بسبب التوهين السريع لأشعة الضوء في الماء، حتى أولئك الذين لديهم أعضاء بصرية متطورة لا يمكنهم استخدامها إلا للتنقل من مسافة قريبة.
ينتقل الصوت في الماء بشكل أسرع منه في الهواء. التركيز على الصوت في الهيدروبيونتس، يتم تطويره بشكل أفضل من البصري. يكتشف عدد من الأنواع اهتزازات ذات تردد منخفض جدًا (الموجات تحت الصوتية)،تنشأ عندما يتغير إيقاع الأمواج، وينحدر من الطبقات السطحية إلى الطبقات الأعمق قبل العاصفة (على سبيل المثال، قنديل البحر). العديد من سكان المسطحات المائية - الثدييات والأسماك والرخويات والقشريات - يصدرون أصواتًا بأنفسهم. تقوم القشريات بذلك عن طريق فرك أجزاء الجسم المختلفة ببعضها البعض؛ الأسماك - باستخدام المثانة السباحة والأسنان البلعومية والفكين وأشعة الزعنفة الصدرية وغيرها من الوسائل. غالبًا ما تخدم الإشارات الصوتية العلاقات بين الأنواع، على سبيل المثال، للتوجيه في المدرسة، وجذب الأفراد من الجنس الآخر، وما إلى ذلك، ويتم تطويرها بشكل خاص بين سكان المياه العكرة والأعماق الكبيرة، الذين يعيشون في الظلام.
يجد عدد من الكائنات المائية الطعام ويتنقل باستخدامه تحديد الموقع بالصدى– إدراك الموجات الصوتية المنعكسة (الحيتانيات). كثير إدراك النبضات الكهربائية المنعكسة، إنتاج تفريغات ذات ترددات مختلفة أثناء السباحة. من المعروف أن حوالي 300 نوع من الأسماك تولد الكهرباء وتستخدمها للتوجيه والإشارات. ترسل أسماك فيل المياه العذبة (Mormyrus kannume) ما يصل إلى 30 نبضة في الثانية، لتكتشف اللافقاريات التي تتغذى في الطين السائل دون مساعدة الرؤية. يصل تردد التفريغ في بعض الأسماك البحرية إلى 2000 نبضة في الثانية. يستخدم عدد من الأسماك أيضًا المجالات الكهربائية للدفاع والهجوم (الراي اللساع الكهربائي، وثعبان البحر الكهربائي، وما إلى ذلك).
للتوجيه في العمق يتم استخدامه إدراك الضغط الهيدروستاتيكي. يتم تنفيذها باستخدام الأكياس الإحصائية وغرف الغاز والأعضاء الأخرى.
أقدم طريقة للتوجيه مميزة لجميع الحيوانات المائية هي إدراك كيمياء البيئة. إن المستقبلات الكيميائية للعديد من الكائنات المائية حساسة للغاية. في الهجرات التي يبلغ طولها ألف كيلومتر والتي تعتبر نموذجية للعديد من أنواع الأسماك، فإنها تتنقل بشكل رئيسي عن طريق الرائحة، وتجد أماكن وضع البيض أو التغذية بدقة مذهلة. وقد ثبت تجريبيا، على سبيل المثال، أن سمك السلمون المحروم بشكل مصطنع من حاسة الشم لا يجد مصب نهره عند عودته إلى وضع البيض، لكنه لا يخطئ أبدا إذا كان بإمكانه إدراك الروائح. دقة حاسة الشم عالية للغاية في الأسماك التي تقوم بهجرات طويلة بشكل خاص.
تفاصيل التكيف مع الحياة في تجفيف المسطحات المائية.يوجد على الأرض العديد من الخزانات الضحلة المؤقتة التي تظهر بعد فيضانات الأنهار والأمطار الغزيرة وذوبان الثلوج وما إلى ذلك. وفي هذه الخزانات، على الرغم من قصر وجودها، تستقر مجموعة متنوعة من الكائنات المائية.
السمات المشتركة لسكان حمامات السباحة الجافة هي القدرة على إنجاب العديد من النسل في وقت قصير وتحمل فترات طويلة بدون ماء. يدفن ممثلو العديد من الأنواع أنفسهم في الطمي، ويدخلون في حالة انخفاض النشاط الحيوي - قصور حيوي.هذه هي الطريقة التي تتصرف بها الحشرات القشرية، والكلادوسيران، والمستورقات، والديدان قليلة الأشواك، والرخويات وحتى الأسماك مثل اللوش، والبروتوبتروس الأفريقي، والليبيدوسيرين في أمريكا الجنوبية من الأسماك الرئوية. تشكل العديد من الأنواع الصغيرة أكياسًا يمكنها تحمل الجفاف، مثل عباد الشمس، والأهداب، وجذور الأرجل، وعدد من مجدافيات الأرجل، والتوربينات، والديدان الخيطية من جنس Rhabditis. ويواجه البعض الآخر فترة غير مواتية في مرحلة البيض شديدة المقاومة. أخيرًا، يتمتع بعض السكان الصغار في المسطحات المائية الجافة بقدرة فريدة على الجفاف حتى تصل إلى حالة الفيلم، وعند ترطيبها، يستأنفون النمو والتطور. تم الكشف عن القدرة على تحمل الجفاف الكامل للجسم في الدوارات من أجناس Callidina، Philodina، وما إلى ذلك، tardigrades Macrobiotus، Echiniscus، والديدان الخيطية من أجناس Tylenchus، Plectus، Cephalobus، وما إلى ذلك. هذه الحيوانات تعيش في خزانات صغيرة في الوسائد من الطحالب والأشنات وتتكيف مع التغيرات المفاجئة في ظروف الرطوبة.
الترشيح كنوع من التغذية.تتمتع العديد من الكائنات المائية بنمط تغذية خاص - وهو ترشيح أو ترسيب الجزيئات ذات الأصل العضوي المعلقة في الماء والعديد من الكائنات الحية الصغيرة (الشكل 41).
أرز. 41. تكوين الغذاء العوالق للأسيديين من بحر بارنتس (وفقًا لـ S. A. Zernov، 1949)
طريقة التغذية هذه، التي لا تتطلب كميات كبيرة من الطاقة للبحث عن الفريسة، هي سمة من سمات الرخويات elasmobranch، شوكيات الجلد اللاطئة، polychaetes، bryozoans، ascidians، القشريات العوالق، إلخ (الشكل 42). تلعب الحيوانات التي تتغذى بالترشيح دورًا حيويًا في التنقية البيولوجية للمسطحات المائية. يمكن لبلح البحر الذي يعيش على مساحة 1 متر مربع أن يدفع ما بين 150 إلى 280 مترًا مكعبًا من الماء عبر تجويف الوشاح يوميًا، مما يؤدي إلى ترسيب الجزيئات العالقة. برغوث المياه العذبة، أو العملاق، أو القشريات الأكثر وفرة في المحيط، Calanus finmarchicus، تقوم بتصفية ما يصل إلى 1.5 لتر من الماء للفرد يوميًا. تعمل المنطقة الساحلية للمحيط، وخاصة الغنية بتراكمات الكائنات التي تتغذى بالترشيح، كنظام تنقية فعال.
أرز. 42. أجهزة ترشيح الهيدروبيونتس (وفقًا لـ S. A. Zernov، 1949):
1 - يرقات ذبابة السيموليوم على الحجر (أ) وملحقاتها المرشحة (ب)؛
2 – تصفية الساق من القشريات Diaphanosoma brachyurum؛
3 – الشقوق الخيشومية للفاسوليا الزهدي؛
4 – قشريات البوسمينا ذات المحتويات المعوية المصفاة؛
5 – التيار الغذائي للأهداب Bursaria
تحدد خصائص البيئة إلى حد كبير طرق تكيف سكانها وأسلوب حياتهم وطرق استخدام الموارد، مما يخلق سلاسل من التبعيات السببية. وبالتالي، فإن الكثافة العالية للمياه تجعل وجود العوالق ممكنا، ووجود الكائنات الحية العائمة في الماء هو شرط أساسي لتطوير نوع من التغذية الترشيحية، حيث يكون من الممكن أيضا نمط حياة مستقر للحيوانات. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل آلية قوية للتنقية الذاتية للمسطحات المائية ذات أهمية المحيط الحيوي. أنها تنطوي على عدد كبير من الكائنات المائية، سواء القاعية أو السطحية، من الأوليات وحيدة الخلية إلى الفقاريات. وفقا للحسابات، يتم تمرير جميع المياه في بحيرات المنطقة المعتدلة من خلال جهاز الترشيح للحيوانات من عدة إلى عشرات المرات خلال موسم النمو، ويتم تصفية حجم المحيط العالمي بالكامل في غضون أيام قليلة. يشكل تعطيل نشاط مغذيات الترشيح بسبب التأثيرات البشرية المختلفة تهديدًا خطيرًا للحفاظ على نقاء المياه.
4.2. بيئة الحياة الأرضية-الجوية
تعد البيئة الأرضية الجوية هي الأكثر تعقيدًا من حيث الظروف البيئية. تتطلب الحياة على الأرض تكيفات تبين أنها غير ممكنة إلا بمستوى عالٍ بما فيه الكفاية من تنظيم النباتات والحيوانات.
4.2.1. الهواء كعامل بيئي للكائنات الأرضية
تحدد كثافة الهواء المنخفضة قوة الرفع المنخفضة وحركة الهواء المنخفضة. يجب أن يكون لدى سكان الهواء نظام دعم خاص بهم يدعم الجسم: النباتات - مع مجموعة متنوعة من الأنسجة الميكانيكية، والحيوانات - مع هيكل عظمي صلب أو، في كثير من الأحيان، هيدروستاتيكي. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط جميع سكان الهواء ارتباطًا وثيقًا بسطح الأرض، مما يخدمهم للارتباط والدعم. الحياة معلقة في الهواء مستحيلة.
صحيح أن العديد من الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات والجراثيم والبذور والفواكه وحبوب اللقاح النباتية موجودة بانتظام في الهواء وتحملها التيارات الهوائية (الشكل 43)، والعديد من الحيوانات قادرة على الطيران النشط، ولكن في كل هذه الأنواع تكون الوظيفة الرئيسية تتم دورة حياتهم - التكاثر - على سطح الأرض. بالنسبة لمعظمهم، يرتبط البقاء في الهواء فقط بالاستقرار أو البحث عن الفريسة.
أرز. 43. توزيع مفصليات الأرجل العوالق الهوائية حسب الارتفاع (حسب داجو، 1975)
انخفاض كثافة الهواء يسبب مقاومة منخفضة للحركة. لذلك، أثناء التطور، استخدمت العديد من الحيوانات الأرضية الفوائد البيئية لهذه الخاصية للبيئة الجوية، واكتسبت القدرة على الطيران. 75% من أنواع جميع الحيوانات البرية قادرة على الطيران النشط، خاصة الحشرات والطيور، ولكن توجد أيضًا منشورات بين الثدييات والزواحف. تطير الحيوانات البرية بشكل رئيسي بمساعدة الجهود العضلية، لكن بعضها يمكنه أيضًا الانزلاق باستخدام التيارات الهوائية.
بفضل حركة الهواء والحركات الرأسية والأفقية للكتل الهوائية الموجودة في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي، من الممكن الطيران السلبي لعدد من الكائنات الحية.
فقر الدم - أقدم طريقة لتلقيح النباتات. يتم تلقيح جميع عاريات البذور عن طريق الرياح، ومن بين كاسيات البذور، تشكل النباتات عديمة البذور حوالي 10% من جميع الأنواع.
يتم ملاحظة فقر الدم في عائلات خشب الزان، والبتولا، والجوز، والدردار، والقنب، والقراص، والكازوارينا، والأوز، والبردي، والحبوب، والنخيل وغيرها الكثير. تتمتع النباتات الملقحة بالرياح بعدد من التعديلات التي تعمل على تحسين الخصائص الديناميكية الهوائية لحبوب اللقاح الخاصة بها، بالإضافة إلى السمات المورفولوجية والبيولوجية التي تضمن كفاءة التلقيح.
تعتمد حياة العديد من النباتات بشكل كامل على الريح، وبمساعدتها يحدث التشتت. ويلاحظ مثل هذا الاعتماد المزدوج في شجرة التنوب، والصنوبر، والحور، والبتولا، والدردار، والرماد، وعشب القطن، والكاتيل، والساكسول، والدجوزغون، وما إلى ذلك.
لقد تطورت العديد من الأنواع anemochory– التسوية باستخدام التيارات الهوائية. Anemochory هي سمة من سمات الجراثيم والبذور وثمار النباتات والخراجات الأوالي والحشرات الصغيرة والعناكب وما إلى ذلك. وتسمى الكائنات الحية التي تنقلها التيارات الهوائية بشكل جماعي العوالق الهوائية قياسا على سكان العوالق في البيئة المائية. التكيفات الخاصة للطيران السلبي هي أحجام الجسم الصغيرة جدًا، وزيادة مساحتها بسبب النمو، والتقطيع القوي، والسطح النسبي الكبير للأجنحة، واستخدام الويب، وما إلى ذلك (الشكل 44). تحتوي بذور النباتات وثمارها أيضًا على أحجام صغيرة جدًا (على سبيل المثال، بذور الأوركيد) أو مجموعة متنوعة من الزوائد التي تشبه الأجنحة والمظلة والتي تزيد من قدرتها على التخطيط (الشكل 45).
أرز. 44. التكيفات للانتقال بواسطة التيارات الهوائية في الحشرات:
1 – بعوضة Cardiocrepis brevirostris;
2 – المرارة Porrycordila sp.;
3 - غشائية الأجنحة Anargus fuscus؛
4 – هيرميس دريفوسيا نوردمانانياي.
5 – يرقة عثة الغجر Lymantria dispar
أرز. 45. التكيفات على انتقال الرياح في ثمار وبذور النباتات:
1 – الزيزفون تيليا وسيطة.
2 – القيقب أيسر monspessulanum.
3 – البتولا بيتولا البندولا.
4 – عشب القطن إريوفوروم؛
5 – الهندباء طرخشقون المخزنية.
6 - قطط Typha scuttbeworhii
في تشتت الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات والنباتات، تلعب التيارات الهوائية ذات الحمل الحراري العمودي والرياح الضعيفة الدور الرئيسي. كما أن للرياح القوية والعواصف والأعاصير تأثيرات بيئية كبيرة على الكائنات الأرضية.
انخفاض كثافة الهواء يسبب ضغطًا منخفضًا نسبيًا على الأرض. عادة ما يكون 760 ملم زئبق. فن. ومع زيادة الارتفاع، ينخفض الضغط. على ارتفاع 5800 متر، يكون نصف المعدل الطبيعي فقط. قد يحد الضغط المنخفض من توزيع الأنواع في الجبال. بالنسبة لمعظم الفقاريات، يبلغ الحد الأعلى للحياة حوالي 6000 متر. ويؤدي انخفاض الضغط إلى انخفاض إمدادات الأكسجين وجفاف الحيوانات بسبب زيادة معدل التنفس. إن حدود تقدم النباتات الأعلى إلى الجبال هي نفسها تقريبًا. تعتبر المفصليات (ذيل الربيع، والعث، والعناكب) أكثر قدرة على التحمل إلى حد ما، والتي يمكن العثور عليها على الأنهار الجليدية فوق خط الغطاء النباتي.
بشكل عام، جميع الكائنات الأرضية أكثر تضيقًا من الكائنات المائية، نظرًا لأن تقلبات الضغط الطبيعي في بيئتها تصل إلى أجزاء من الغلاف الجوي، وحتى بالنسبة للطيور التي ترتفع إلى ارتفاعات كبيرة، لا تتجاوز ثلث الضغط الطبيعي.
تكوين الغاز في الهواء.بالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية للهواء، فإن خصائصه الكيميائية مهمة للغاية لوجود الكائنات الأرضية. يعتبر التركيب الغازي للهواء في الطبقة السطحية للغلاف الجوي متجانسًا تمامًا من حيث محتوى المكونات الرئيسية (النيتروجين - 78.1٪، الأكسجين - 21.0، الأرجون - 0.9، ثاني أكسيد الكربون - 0.035٪ من حيث الحجم) بسبب ارتفاعه انتشار الغازات والخلط المستمر للحمل الحراري وتيارات الرياح. ومع ذلك، فإن الشوائب المختلفة للجسيمات الغازية والقطرية السائلة والصلبة (الغبار) التي تدخل الغلاف الجوي من مصادر محلية يمكن أن يكون لها أهمية بيئية كبيرة.
ساهم المحتوى العالي من الأكسجين في زيادة التمثيل الغذائي في الكائنات البرية مقارنة بالكائنات المائية الأولية. لقد كان في البيئة الأرضية، على أساس الكفاءة العالية لعمليات الأكسدة في الجسم، نشأت الحرارة المنزلية الحيوانية. الأكسجين، بسبب محتواه العالي باستمرار في الهواء، ليس عاملا يحد من الحياة في البيئة الأرضية. فقط في أماكن معينة، وفي ظل ظروف محددة، يحدث نقص مؤقت، على سبيل المثال في تراكمات بقايا النباتات المتحللة، واحتياطيات الحبوب، والدقيق، وما إلى ذلك.
يمكن أن يختلف محتوى ثاني أكسيد الكربون في مناطق معينة من الطبقة السطحية للهواء ضمن حدود كبيرة إلى حد ما. على سبيل المثال، في غياب الرياح في وسط المدن الكبرى، يزيد تركيزها عشرات المرات. هناك تغيرات يومية منتظمة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الطبقات السطحية المرتبطة بإيقاع عملية التمثيل الضوئي للنبات. تحدث الموسمية بسبب التغيرات في شدة تنفس الكائنات الحية، وخاصة التجمعات المجهرية للتربة. ويحدث زيادة تشبع الهواء بثاني أكسيد الكربون في مناطق النشاط البركاني وبالقرب من الينابيع الحرارية وغيرها من المنافذ الجوفية لهذا الغاز. في التركيزات العالية، يكون ثاني أكسيد الكربون سامًا. في الطبيعة، مثل هذه التركيزات نادرة.
في الطبيعة، المصدر الرئيسي لثاني أكسيد الكربون هو ما يسمى بتنفس التربة. الكائنات الحية الدقيقة في التربة والحيوانات تتنفس بشكل مكثف للغاية. وينتشر ثاني أكسيد الكربون من التربة إلى الغلاف الجوي، وخاصة بقوة أثناء المطر. يتواجد بكثرة في التربة ذات الرطوبة المعتدلة، والحرارة الجيدة، والغنية بالمخلفات العضوية. على سبيل المثال، تنبعث من تربة غابة الزان ثاني أكسيد الكربون من 15 إلى 22 كجم/هكتار في الساعة، وتطلق التربة الرملية غير المخصبة 2 كجم/هكتار فقط.
في الظروف الحديثة، أصبح النشاط البشري في حرق احتياطيات الوقود الأحفوري مصدرا قويا لكميات إضافية من ثاني أكسيد الكربون التي تدخل الغلاف الجوي.
يعتبر نيتروجين الهواء غازًا خاملًا بالنسبة لمعظم سكان البيئة الأرضية، ولكن عددًا من الكائنات بدائية النواة (البكتيريا العقيدية، والأزوتوباكتر، والمطثيات، والطحالب الخضراء المزرقة، وما إلى ذلك) لديها القدرة على ربطه وإشراكه في الدورة البيولوجية.
أرز. 46. جانب جبلي به نباتات مدمرة بسبب انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت من المؤسسات الصناعية المحيطة
يمكن للملوثات المحلية التي تدخل الهواء أن تؤثر بشكل كبير على الكائنات الحية. وينطبق هذا بشكل خاص على المواد الغازية السامة - الميثان وأكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون وأكسيد النيتروجين وكبريتيد الهيدروجين ومركبات الكلور، وكذلك جزيئات الغبار والسخام وما إلى ذلك التي تلوث الهواء في المناطق الصناعية. المصدر الرئيسي الحديث للتلوث الكيميائي والفيزيائي للغلاف الجوي هو من صنع الإنسان: عمل مختلف المؤسسات الصناعية والنقل، وتآكل التربة، وما إلى ذلك. أكسيد الكبريت (SO 2)، على سبيل المثال، سام للنباتات حتى في تركيزات من واحد وخمسين. الألف إلى المليون من حجم الهواء. وحول المراكز الصناعية التي تلوث الجو بهذا الغاز، تموت جميع النباتات تقريبًا (الشكل 46). بعض الأنواع النباتية حساسة بشكل خاص لثاني أكسيد الكبريت وتعمل كمؤشر حساس لتراكمه في الهواء. على سبيل المثال، يموت العديد من الأشنات حتى مع وجود آثار لأكسيد الكبريت في الغلاف الجوي المحيط. ويشير وجودها في الغابات المحيطة بالمدن الكبيرة إلى نقاء الهواء العالي. تؤخذ مقاومة النباتات للشوائب الموجودة في الهواء في الاعتبار عند اختيار الأنواع للمناظر الطبيعية في المناطق المأهولة بالسكان. حساسة للتدخين، على سبيل المثال، شجرة التنوب والصنوبر، القيقب، الزيزفون، البتولا. الأكثر مقاومة هي الثوجا والحور الكندي والقيقب الأمريكي والبلسان وبعض الأنواع الأخرى.
4.2.2. التربة والفرج. الخصائص الجوية والمناخية للبيئة الأرضية الجوية
العوامل البيئية الإيدافية.تؤثر خصائص التربة والتضاريس أيضًا على الظروف المعيشية للكائنات الأرضية، وخاصة النباتات. تسمى خصائص سطح الأرض التي لها تأثير بيئي على سكانها مجتمعة العوامل البيئية edaphic (من الكلمة اليونانية "edaphos" - الأساس والتربة).
تعتمد طبيعة نظام جذر النبات على النظام الحراري المائي والتهوية والتكوين والتكوين وبنية التربة. على سبيل المثال، تقع أنظمة جذر أنواع الأشجار (البتولا، الصنوبر) في المناطق ذات التربة الصقيعية على أعماق ضحلة وتنتشر على نطاق واسع. في حالة عدم وجود التربة الصقيعية، تكون أنظمة الجذر لهذه النباتات نفسها أقل انتشارًا وتتغلغل بشكل أعمق. في العديد من نباتات السهوب، يمكن للجذور أن تصل إلى الماء من أعماق كبيرة، وفي نفس الوقت، لديها أيضًا العديد من الجذور السطحية في أفق التربة الغنية بالدبال، حيث تمتص النباتات عناصر التغذية المعدنية. في التربة المشبعة بالمياه وسيئة التهوية في أشجار المانغروف، تمتلك العديد من الأنواع جذورًا تنفسية خاصة - حوامل هوائية.
يمكن تمييز عدد من المجموعات البيئية للنباتات فيما يتعلق بخصائص التربة المختلفة.
لذلك حسب التفاعل مع حموضة التربة يميزون: 1) محب للحموضةالأنواع - تنمو في التربة الحمضية ذات درجة حموضة أقل من 6.7 (نباتات مستنقعات الطحالب والعشب الأبيض) ؛ 2) العدلات –تنجذب نحو التربة ذات الرقم الهيدروجيني 6.7-7.0 (معظم النباتات المزروعة)؛ 3) قاعدي– تنمو عند درجة حموضة تزيد عن 7.0 (موردوفنيك، شقائق النعمان الحرجية)؛ 4) غير مبال -يمكن أن تنمو على التربة ذات قيم الحموضة المختلفة (زنبق الوادي، عكرش الأغنام).
فيما يتعلق بالتركيب الإجمالي للتربة هناك: 1) قليل التغذيةالنباتات التي تحتوي على كمية صغيرة من عناصر الرماد (الصنوبر الاسكتلندي)؛ 2) مغذية,تلك التي تحتاج إلى كمية كبيرة من عناصر الرماد (البلوط، عنب الثعلب العادي، الأعشاب الخشبية المعمرة)؛ 3) ميزوتروفيك,تتطلب كمية معتدلة من عناصر الرماد (شجرة التنوب المشتركة).
النيتروفيل– النباتات التي تفضل التربة الغنية بالنيتروجين (نبات القراص).
تشكل نباتات التربة المالحة مجموعة النباتات الملحية(سوليروس، سارسازان، كوكبيك).
تقتصر بعض الأنواع النباتية على ركائز مختلفة: النبتات الصخريةتنمو على التربة الصخرية، و نباتات الساموفيتتسكن الرمال المتحركة.
تؤثر التضاريس وطبيعة التربة على الحركة المحددة للحيوانات. على سبيل المثال، تحتاج ذوات الحوافر والنعام والحبارى التي تعيش في الأماكن المفتوحة إلى أرض صلبة لتعزيز تنافرها عند الجري بسرعة. في السحالي التي تعيش على الرمال المتحركة، تكون أصابع القدم مُحاطة بحافة من الحراشف القرنية، مما يزيد من سطح الدعم (الشكل 47). بالنسبة لسكان الأرض الذين يحفرون الثقوب، فإن التربة الكثيفة غير مواتية. تؤثر طبيعة التربة في بعض الحالات على توزيع الحيوانات البرية التي تحفر الجحور، أو تحفر في التربة هربًا من الحرارة أو الحيوانات المفترسة، أو تضع بيضها في التربة، وما إلى ذلك.
أرز. 47. أبو بريص ذو الأصابع المروحية - ساكن رمال الصحراء الكبرى: أ - أبو بريص ذو الأصابع المروحة؛ ب- ساق أبو بريص
ميزات الطقس.الظروف المعيشية في البيئة الأرضية الجوية معقدة، بالإضافة إلى ذلك، التغيرات المناخية. طقس - هذه حالة متغيرة باستمرار للغلاف الجوي على سطح الأرض حتى ارتفاع حوالي 20 كم (حدود طبقة التروبوسفير). ويتجلى تقلب الطقس في التباين المستمر في مجموعة العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة، والغيوم، وهطول الأمطار، وقوة الرياح واتجاهها، وما إلى ذلك. وتتميز التغيرات الجوية، إلى جانب تناوبها الطبيعي في الدورة السنوية، بتغيرات غير دورية التقلبات، مما يعقد بشكل كبير ظروف وجود الكائنات الأرضية. يؤثر الطقس على حياة الكائنات المائية بدرجة أقل بكثير وعلى سكان الطبقات السطحية فقط.
مناخ المنطقة.يتميز نظام الطقس طويل الأمد مناخ المنطقة. لا يشمل مفهوم المناخ فقط متوسط قيم الظواهر الجوية، بل يشمل أيضًا دورتها السنوية واليومية، والانحرافات عنها وتكرارها. يتم تحديد المناخ حسب الظروف الجغرافية للمنطقة.
إن التنوع المناطقي للمناخات معقد بسبب عمل الرياح الموسمية، وتوزيع الأعاصير والأعاصير المضادة، وتأثير سلاسل الجبال على حركة الكتل الهوائية، ودرجة البعد عن المحيط (القارة) والعديد من العوامل المحلية الأخرى. توجد في الجبال تقسيم مناخي يشبه إلى حد كبير تغير المناطق من خطوط العرض المنخفضة إلى خطوط العرض العالية. كل هذا يخلق تنوعًا غير عادي في ظروف المعيشة على الأرض.
بالنسبة لمعظم الكائنات الأرضية، وخاصة الصغيرة منها، ليس مناخ المنطقة هو المهم بقدر أهمية ظروف بيئتها المباشرة. في كثير من الأحيان، تغير العناصر البيئية المحلية (الإغاثة، والتعرض، والغطاء النباتي، وما إلى ذلك) نظام درجة الحرارة والرطوبة والضوء وحركة الهواء في منطقة معينة بحيث تختلف بشكل كبير عن الظروف المناخية للمنطقة. تسمى هذه التغيرات المناخية المحلية التي تتطور في الطبقة السطحية من الهواء المناخ المحلي. تتمتع كل منطقة بمناخات محلية متنوعة جدًا. يمكن تحديد المناخات المحلية للمناطق الصغيرة بشكل تعسفي. على سبيل المثال، يتم إنشاء نظام خاص في تويجات الزهور، والذي تستخدمه الحشرات التي تعيش هناك. الاختلافات في درجة الحرارة ورطوبة الهواء وقوة الرياح معروفة على نطاق واسع في الأماكن المفتوحة وفي الغابات، وفي المدرجات العشبية وعلى المناطق العارية من التربة، وعلى سفوح التعرض الشمالي والجنوبي، وما إلى ذلك. ويحدث مناخ محلي مستقر خاص في الجحور والأعشاش والجوف والكهوف وغيرها من الأماكن المغلقة.
تساقط.وبالإضافة إلى توفير المياه وإنشاء احتياطيات الرطوبة، يمكنها أن تلعب أدوارًا بيئية أخرى. وبالتالي، فإن هطول الأمطار الغزيرة أو البَرَد يكون له في بعض الأحيان تأثير ميكانيكي على النباتات أو الحيوانات.
الدور البيئي للغطاء الثلجي متنوع بشكل خاص. تخترق تقلبات درجات الحرارة اليومية عمق الثلج حتى عمق 25 سم فقط، وتبقى درجة الحرارة دون تغيير تقريبًا. مع الصقيع -20-30 درجة مئوية تحت طبقة من الثلج 30-40 سم، تكون درجة الحرارة أقل بقليل من الصفر. يحمي الغطاء الثلجي العميق براعم التجدد ويحمي الأجزاء الخضراء من النباتات من التجمد؛ تذهب العديد من الأنواع تحت الثلج دون أن تتساقط أوراقها، على سبيل المثال، العشب المشعر، عشب فيرونيكا أوفيسيناليس، العشب ذو الحوافر، إلخ.
أرز. 48. مخطط دراسة القياس عن بعد لنظام درجة حرارة طيهوج البندق الموجود في حفرة ثلجية (وفقًا لـ A.V. Andreev، A.V. Krechmar، 1976)
تعيش الحيوانات البرية الصغيرة أيضًا أسلوب حياة نشطًا في الشتاء، حيث تقوم بإنشاء صالات عرض كاملة من الأنفاق تحت الثلج وفي سماكته. حتى أن عددًا من الأنواع التي تتغذى على النباتات المغطاة بالثلوج تتميز بالتكاثر الشتوي، وهو ما يُلاحظ، على سبيل المثال، في القوارض والفئران الخشبية والفئران ذات الحنجرة الصفراء، وعدد من فئران الحقل، وفئران الماء، وما إلى ذلك. ، طيهوج أسود، حجل التندرا - يحفر ليلاً في الثلج ( الشكل 48).
الغطاء الثلجي الشتوي يجعل من الصعب على الحيوانات الكبيرة الحصول على الطعام. تتغذى العديد من ذوات الحوافر (الرنة والخنازير البرية وثيران المسك) حصريًا على النباتات المغطاة بالثلوج في الشتاء، والغطاء الثلجي العميق، وخاصة القشرة الصلبة على سطحه والتي تحدث أثناء الظروف الجليدية، يحكم عليها بالجوع. خلال تربية الماشية البدوية في روسيا ما قبل الثورة، كانت هناك كارثة ضخمة في المناطق الجنوبية الجوت – نفوق جماعي للماشية نتيجة الظروف الجليدية، وحرمان الحيوانات من الغذاء. تعتبر الحركة على الثلوج العميقة السائبة صعبة أيضًا على الحيوانات. تفضل الثعالب، على سبيل المثال، في الشتاء الثلجي مناطق في الغابة تحت أشجار التنوب الكثيفة، حيث تكون طبقة الثلج أرق، ولا تخرج أبدًا إلى الواجهات المفتوحة وحواف الغابات. قد يحد عمق الثلوج من التوزيع الجغرافي للأنواع. على سبيل المثال، لا يخترق الغزلان الحقيقي شمالًا تلك المناطق التي يزيد سمك الثلوج فيها عن 40-50 سم في الشتاء.
يكشف بياض الغطاء الثلجي عن حيوانات داكنة اللون. من الواضح أن اختيار التمويه ليتناسب مع لون الخلفية لعب دورًا رئيسيًا في حدوث تغيرات اللون الموسمية في طائر الترمجان وحجل التندرا والأرنب الجبلي وفرو القاقم وابن عرس والثعلب القطبي الشمالي. في جزر كوماندر، جنبا إلى جنب مع الثعالب البيضاء، هناك العديد من الثعالب الزرقاء. وفقا لملاحظات علماء الحيوان، فإن الأخير يبقى بشكل رئيسي بالقرب من الصخور الداكنة وشرائط الأمواج الخالية من الجليد، بينما يفضل الأبيض المناطق ذات الغطاء الثلجي.
4.3. التربة كموطن
4.3.1. مميزات التربة
التربة عبارة عن طبقة سطحية رقيقة وفضفاضة من الأرض متصلة بالهواء. وعلى الرغم من سُمكها الضئيل، تلعب قشرة الأرض هذه دورًا حيويًا في انتشار الحياة. التربة ليست مجرد جسم صلب، مثل معظم صخور الغلاف الصخري، ولكنها نظام معقد ثلاثي الطور حيث تكون الجزيئات الصلبة محاطة بالهواء والماء. تتخللها تجاويف مملوءة بمزيج من الغازات والمحاليل المائية، وبالتالي تتطور فيها ظروف متنوعة للغاية، مواتية لحياة العديد من الكائنات الحية الدقيقة والكبيرة (الشكل 49). في التربة، يتم تلطيف تقلبات درجات الحرارة مقارنة بالطبقة السطحية للهواء، كما أن وجود المياه الجوفية وتغلغل هطول الأمطار يخلق احتياطيات من الرطوبة ويوفر نظام رطوبة وسيطًا بين البيئات المائية والبرية. تركز التربة احتياطيات المواد العضوية والمعدنية التي توفرها النباتات الميتة وجثث الحيوانات. كل هذا يحدد التشبع الأكبر للتربة بالحياة.
تتركز النظم الجذرية للنباتات الأرضية في التربة (الشكل 50).
أرز. 49. الممرات تحت الأرض لفأر براندت: أ – منظر علوي؛ ب – منظر جانبي
أرز. 50. وضع الجذور في تربة السهوب السوداء (بحسب M. S. Shalyt، 1950)
في المتوسط، يوجد لكل متر مربع من طبقة التربة أكثر من 100 مليار خلية أولية، وملايين من الدوارات وبطيئات المشية، وعشرات الملايين من الديدان الخيطية، وعشرات ومئات الآلاف من العث والذيل الربيعي، وآلاف من المفصليات الأخرى، وعشرات الآلاف من الديدان الخيطية. enchytraeids وعشرات ومئات من ديدان الأرض والرخويات واللافقاريات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي 1 سم 2 من التربة على عشرات ومئات الملايين من البكتيريا والفطريات المجهرية والفطريات الشعاعية والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. تحتوي الطبقات السطحية المضيئة على مئات الآلاف من خلايا التمثيل الضوئي من الأخضر والأصفر والأخضر والدياتومات والطحالب الخضراء المزرقة في كل جرام. تتميز الكائنات الحية بالتربة تمامًا مثل مكوناتها غير الحية. لذلك، صنف V. I. Vernadsky التربة على أنها جسم طبيعي خامل، مع التركيز على تشبعها بالحياة وارتباطها الذي لا ينفصم معها.
يكون عدم تجانس ظروف التربة أكثر وضوحًا في الاتجاه الرأسي. ومع العمق، يتغير عدد من أهم العوامل البيئية التي تؤثر على حياة سكان التربة بشكل كبير. هذا يتعلق في المقام الأول ببنية التربة. ويحتوي على ثلاثة آفاق رئيسية تختلف في الخصائص المورفولوجية والكيميائية: 1) الأفق العلوي للدبال التراكمي A، والذي تتراكم فيه المواد العضوية وتتحول، ومنه يتم نقل بعض المركبات إلى الأسفل بواسطة مياه الغسيل؛ 2) الأفق الداخلي، أو الأفق B، حيث تستقر المواد المغسولة من الأعلى وتتحول، و3) الصخر الأم، أو الأفق C، الذي تتحول مادته إلى تربة.
داخل كل أفق، يتم تمييز المزيد من الطبقات المقسمة، والتي تختلف أيضًا بشكل كبير في الخصائص. على سبيل المثال، في منطقة مناخية معتدلة تحت الغابات الصنوبرية أو المختلطة الأفق أيتكون من القمامة (أ 0)– طبقة من تراكم بقايا النباتات السائبة، طبقة الدبال داكنة اللون (أ1)،حيث يتم خلط الجزيئات ذات الأصل العضوي مع الجزيئات المعدنية وطبقة بودزوليك (أ2)– اللون الرمادي الرماد، حيث تسود مركبات السيليكون، ويتم غسل جميع المواد القابلة للذوبان في أعماق ملف التربة. تختلف بنية وكيمياء هذه الطبقات اختلافًا كبيرًا، وبالتالي فإن جذور النباتات وسكان التربة، الذين يتحركون بضعة سنتيمترات فقط لأعلى أو لأسفل، يجدون أنفسهم في ظروف مختلفة.
عادةً ما تتناقص أحجام التجاويف الموجودة بين جزيئات التربة المناسبة لعيش الحيوانات بسرعة مع العمق. على سبيل المثال، في تربة المروج، يبلغ متوسط قطر التجاويف على عمق 0-1 سم 3 مم، وعلى عمق 1-2 سم - 2 مم، وعلى عمق 2-3 سم - 1 مم فقط؛ أعمق مسام التربة أصغر. تتغير كثافة التربة أيضًا مع العمق. الطبقات الأكثر مرونة هي تلك التي تحتوي على مادة عضوية. يتم تحديد مسامية هذه الطبقات من خلال حقيقة أن المواد العضوية تلصق الجزيئات المعدنية في مجاميع أكبر، مما يزيد حجم التجاويف بينها. عادة ما يكون الأفق الطمي هو الأكثر كثافة في،يتم تثبيته بواسطة جزيئات غروانية مغسولة فيه.
توجد الرطوبة في التربة في حالات مختلفة: 1) مرتبطة (استرطابية وفيلم) مثبتة بقوة على سطح جزيئات التربة. 2) الشعيرات الدموية تحتل المسام الصغيرة ويمكن أن تتحرك عليها في اتجاهات مختلفة؛ 3) تملأ الجاذبية الفراغات الكبيرة وتتسرب ببطء إلى الأسفل تحت تأثير الجاذبية؛ 4) بخاري موجود في هواء التربة .
يختلف محتوى الماء في أنواع التربة المختلفة وفي أوقات مختلفة. إذا كان هناك الكثير من الرطوبة الجاذبية، فإن نظام التربة قريب من نظام الخزانات. في التربة الجافة، تبقى المياه فقط والظروف تقترب من تلك الموجودة على الأرض. ومع ذلك، حتى في التربة الأكثر جفافًا، يكون الهواء أكثر رطوبة من الهواء الأرضي، وبالتالي فإن سكان التربة أقل عرضة لخطر الجفاف مقارنة بالسكان الموجودين على السطح.
تكوين هواء التربة متغير. ومع العمق، يتناقص محتوى الأكسجين فيه بشكل كبير ويزداد تركيز ثاني أكسيد الكربون. بسبب وجود مواد عضوية متحللة في التربة، قد يحتوي هواء التربة على تركيز عالٍ من الغازات السامة مثل الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين والميثان وغيرها. وعندما تغمر التربة أو تتعفن بقايا النباتات بشكل مكثف، قد تحدث ظروف لاهوائية تمامًا. تحدث في بعض الأماكن.
التقلبات في درجة حرارة القطع فقط على سطح التربة. هنا يمكن أن تكون أقوى مما كانت عليه في الطبقة السطحية من الهواء. ومع ذلك، مع كل سنتيمتر في العمق، تصبح التغيرات في درجات الحرارة اليومية والموسمية أقل فأقل وعلى عمق يتراوح بين 1-1.5 متر، لم يعد من الممكن تتبعها عمليًا (الشكل 51).
أرز. 51. انخفاض التقلبات السنوية في درجة حرارة التربة مع العمق (حسب K. Schmidt-Nilsson، 1972). الجزء المظلل هو نطاق التقلبات في درجات الحرارة السنوية
كل هذه الميزات تؤدي إلى حقيقة أنه على الرغم من عدم التجانس الكبير للظروف البيئية في التربة، إلا أنها تعمل كبيئة مستقرة إلى حد ما، وخاصة بالنسبة للكائنات الحية المتنقلة. يسمح التدرج الحاد لدرجة الحرارة والرطوبة في التربة لحيوانات التربة بتزويد نفسها ببيئة بيئية مناسبة من خلال حركات بسيطة.
4.3.2. سكان التربة
يؤدي عدم تجانس التربة إلى حقيقة أنها تعمل كبيئة مختلفة للكائنات ذات الأحجام المختلفة. بالنسبة للكائنات الحية الدقيقة، فإن السطح الإجمالي الضخم لجزيئات التربة له أهمية خاصة، حيث أن الغالبية العظمى من التجمعات الميكروبية يتم امتصاصها عليها. يخلق تعقيد بيئة التربة مجموعة واسعة من الظروف لمجموعة واسعة من المجموعات الوظيفية: الكائنات الهوائية واللاهوائية، مستهلكي المركبات العضوية والمعدنية. يتميز توزيع الكائنات الحية الدقيقة في التربة بالتركيز الدقيق، لأنه حتى في حدود بضعة ملليمترات يمكن أن تتغير المناطق البيئية المختلفة.
بالنسبة لحيوانات التربة الصغيرة (الشكل 52، 53)، والتي يتم دمجها تحت الاسم الحيوانات الدقيقة (الأوليات، الدوارات، بطيئات المشية، الديدان الخيطية، وما إلى ذلك)، التربة عبارة عن نظام من الخزانات الصغيرة. في الأساس، هذه هي الكائنات المائية. إنهم يعيشون في مسام التربة المملوءة بالمياه الجاذبية أو الشعرية، ويمكن أن يكون جزء من الحياة، مثل الكائنات الحية الدقيقة، في حالة ممتصة على سطح الجزيئات في طبقات رقيقة من رطوبة الفيلم. ويعيش العديد من هذه الأنواع أيضًا في المسطحات المائية العادية. ومع ذلك، فإن أشكال التربة أصغر بكثير من أشكال المياه العذبة، وبالإضافة إلى ذلك، تتميز بقدرتها على البقاء في حالة كيسية لفترة طويلة، في انتظار فترات غير مواتية. في حين أن حجم أميبا المياه العذبة هو 50-100 ميكرون، فإن حجم أميبا التربة هو 10-15 ميكرون فقط. ممثلو السوطيات صغيرون بشكل خاص، غالبًا ما يكون حجمهم 2-5 ميكرون فقط. تتميز أهداب التربة أيضًا بأحجام قزمة، علاوة على ذلك، يمكنها تغيير شكل جسمها بشكل كبير.
أرز. 52. تتغذى الأميبات الخصية على البكتيريا الموجودة على الأوراق المتحللة في أرضية الغابة
أرز. 53. الكائنات الحية الدقيقة في التربة (وفقًا لـ W. Dunger، 1974):
1–4 - الأسواط؛ 5–8 – الأميبا العارية. 9-10 – الأميبا الوصية. 11–13 - الشركات العملاقة. 14–16 - الديدان المستديرة؛ 17–18 – الدوارات 19–20 – بطيئات المشية
بالنسبة للحيوانات الأكبر حجمًا قليلًا والتي تتنفس الهواء، تبدو التربة كنظام من الكهوف الصغيرة. يتم تجميع هذه الحيوانات تحت الاسم الحيوانات المتوسطة (الشكل 54). تتراوح أحجام ممثلي الكائنات الحيوانية المتوسطة في التربة من أعشار إلى 2-3 ملم. تشمل هذه المجموعة بشكل أساسي المفصليات: مجموعات عديدة من العث، والحشرات الأولية عديمة الأجنحة (الكوليمبولا، والبروتوروس، والحشرات ذات الذيل)، والأنواع الصغيرة من الحشرات المجنحة، ومئويات السمفيلا، وما إلى ذلك. ليس لديهم تكيفات خاصة للحفر. يزحفون على طول جدران تجاويف التربة باستخدام أطرافهم أو يتلوون مثل الدودة. يسمح هواء التربة المشبع ببخار الماء بالتنفس من خلال الأغطية. العديد من الأنواع ليس لديها نظام القصبة الهوائية. هذه الحيوانات حساسة جدًا للجفاف. الوسيلة الرئيسية للهروب بالنسبة لهم من تقلبات رطوبة الهواء هي التحرك بشكل أعمق. لكن إمكانية الهجرة العميقة عبر تجاويف التربة محدودة بسبب الانخفاض السريع في قطر المسام، لذا فإن الحركة عبر فتحات التربة لا يمكن الوصول إليها إلا لأصغر الأنواع. لدى ممثلي الحيوانات المتوسطة الأكبر حجمًا بعض التعديلات التي تسمح لهم بتحمل انخفاض مؤقت في رطوبة هواء التربة: المقاييس الواقية على الجسم، والنفاذية الجزئية للجلد، وقذيفة صلبة سميكة الجدران مع قشرية في تركيبة مع نظام القصبة الهوائية البدائي الذي يضمن التنفس.
أرز. 54. الكائنات الحيوانية المتوسطة في التربة (لا يوجد خطر، 1974):
1 - العقرب الكاذب؛ 2 - جرس جاما الجديد؛ 3–4 العث الأوريباتيد 5 – حريش باوريودا. 6 – يرقة البعوض تشيرونوميد. 7 - خنفساء من هذه العائلة. بتيليداي. 8–9 نبع الربيع
يعيش ممثلو الحيوانات المتوسطة على فترات من فيضانات التربة في فقاعات الهواء. يتم الاحتفاظ بالهواء حول جسم الحيوانات بسبب غلافها غير القابل للبلل، والمجهز أيضًا بالشعر والمقاييس وما إلى ذلك. تعمل فقاعة الهواء كنوع من "الخياشيم الجسدية" لحيوان صغير. يتم التنفس بسبب انتشار الأكسجين في طبقة الهواء من المياه المحيطة.
يستطيع ممثلو الحيوانات الصغيرة والمتوسطة الحجم تحمل تجميد التربة في فصل الشتاء، حيث أن معظم الأنواع لا تستطيع الانتقال إلى أسفل من الطبقات المعرضة لدرجات حرارة سلبية.
تُسمى حيوانات التربة الأكبر حجمًا، التي يتراوح حجم جسمها من 2 إلى 20 ملم، بالممثلين حيوانات كبيرة (الشكل 55). هذه هي يرقات الحشرات، والمئويات، والإنشيترايدات، وديدان الأرض، وما إلى ذلك. بالنسبة لهم، تعتبر التربة وسيلة كثيفة توفر مقاومة ميكانيكية كبيرة عند الحركة. وتتحرك هذه الأشكال الكبيرة نسبياً في التربة إما عن طريق توسيع الآبار الطبيعية عن طريق إبعاد جزيئات التربة عن بعضها البعض، أو عن طريق حفر أنفاق جديدة. كلتا الطريقتين للحركة تتركان بصمة على الهيكل الخارجي للحيوانات.
أرز. 55. الحيوانات الكبيرة في التربة (لا يوجد خطر، 1974):
1 - دودة الأرض. 2 – قمل الخشب. 3 – حريش؛ 4 – حريش ذو قدمين 5 - يرقة خنفساء الأرض؛ 6 – انقر فوق يرقة خنفساء. 7 – لعبة الكريكيت الخلد. 8 - يرقة خروتشوف
إن القدرة على التحرك عبر الثقوب الرفيعة، تقريبًا دون اللجوء إلى الحفر، متأصلة فقط في الأنواع التي لها جسم ذو مقطع عرضي صغير، قادر على الانحناء بقوة في الممرات المتعرجة (مئويات - دروب وجيوفيل). تحريك جزيئات التربة عن بعضها البعض بسبب ضغط جدران الجسم، وديدان الأرض، ويرقات البعوض طويل الأرجل، وما إلى ذلك. بعد تثبيت الطرف الخلفي، فإنها تضعف وتطيل الجزء الأمامي، وتتغلغل في شقوق التربة الضيقة، ثم تثبت الجزء الأمامي. الجسم وزيادة قطره. في هذه الحالة، في المنطقة الموسعة، بسبب عمل العضلات، يتم إنشاء ضغط هيدروليكي قوي للسائل داخل الأجواف غير القابل للضغط: في الديدان - محتويات الأكياس الجوفية، وفي تيبوليد - الدملمف. وينتقل الضغط عبر جدران الجسم إلى التربة، وبالتالي يقوم الحيوان بتوسيع البئر. وفي نفس الوقت يبقى الممر الخلفي مفتوحا مما يهدد بزيادة التبخر واضطهاد الحيوانات المفترسة. طورت العديد من الأنواع تكيفات مع نوع أكثر فائدة من الناحية البيئية للحركة في التربة - الحفر وسد الممر خلفها. يتم الحفر عن طريق فك وإزالة جزيئات التربة. تستخدم يرقات الحشرات المختلفة الطرف الأمامي للرأس والفك السفلي والأطراف الأمامية لهذا الغرض، ويتم توسيعها وتقويتها بطبقة سميكة من الكيتين والأشواك والنتوءات. في الجزء الخلفي من الجسم، يتم تطوير أجهزة التثبيت القوي - الدعامات القابلة للسحب والأسنان والخطافات. لإغلاق المقطع على الأجزاء الأخيرة، يحتوي عدد من الأنواع على منصة مضغوطة خاصة مؤطرة بجوانب أو أسنان كيتينية، وهي نوع من عربة اليد. تتشكل مناطق مماثلة على الجزء الخلفي من الإليترا وفي خنافس اللحاء، والتي تستخدمها أيضًا لسد الممرات بدقيق الحفر. عند إغلاق الممر خلفهم، تكون الحيوانات التي تعيش في التربة دائمًا في غرفة مغلقة، مشبعة بأبخرة أجسادها.
يتم تبادل الغازات لمعظم أنواع هذه المجموعة البيئية بمساعدة أعضاء الجهاز التنفسي المتخصصة، ولكن في نفس الوقت يتم استكماله بتبادل الغازات من خلال الغلاف. بل إنه من الممكن أن يكون التنفس الجلدي حصريًا ممكنًا، على سبيل المثال في ديدان الأرض والإنشيترايدات.
يمكن للحيوانات المختبئة أن تترك طبقات حيث تنشأ ظروف غير مواتية. أثناء الجفاف والشتاء، تتركز في طبقات أعمق، عادة على بعد عدة عشرات من السنتيمترات من السطح.
الحيوانات الضخمة التربة عبارة عن زبابات كبيرة، معظمها من الثدييات. يقضي عدد من الأنواع حياتهم بأكملها في التربة (فئران الخلد، الشامات، الزوكور، الشامات الأوراسية، الشامات الذهبية
أفريقيا، الشامات الجرابيات في أستراليا، وما إلى ذلك). إنهم ينشئون أنظمة كاملة من الممرات والجحور في التربة. يعكس المظهر والسمات التشريحية لهذه الحيوانات قدرتها على التكيف مع نمط الحياة المختبئ تحت الأرض. لديهم عيون متخلفة، وجسم مضغوط ومتموج ذو رقبة قصيرة، وفراء قصير سميك، وأطراف حفر قوية بمخالب قوية. فئران الخلد وفئران الخلد تخفف الأرض بقواطعها. تشمل الحيوانات الضخمة في التربة أيضًا قليلات الأشواك الكبيرة، وخاصة ممثلي عائلة Megascolecidae، التي تعيش في المناطق الاستوائية ونصف الكرة الجنوبي. أكبرها، Megascolides australis الأسترالية، يصل طولها إلى 2.5 وحتى 3 أمتار.
بالإضافة إلى السكان الدائمين للتربة، يمكن تمييز مجموعة بيئية كبيرة بين الحيوانات الكبيرة سكان الجحر (الغوفر، الغرير، الجربوع، الأرانب، الغرير، إلخ). تتغذى على السطح، ولكنها تتكاثر وتدخل في سبات وترتاح وتهرب من الخطر في التربة. يستخدم عدد من الحيوانات الأخرى جحورها، وتجد فيها مناخا محليا مناسبا ومأوى من الأعداء. يمتلك المختبئون سمات هيكلية مميزة للحيوانات الأرضية، ولكن لديهم عددًا من التعديلات المرتبطة بنمط الحياة المختبئ. على سبيل المثال، يمتلك الغرير مخالب طويلة وعضلات قوية على الأطراف الأمامية، ورأس ضيق، وأذنين صغيرتين. بالمقارنة مع الأرانب التي لا تحفر ثقوبًا، فإن الأرانب لديها آذان وأرجل خلفية أقصر بشكل ملحوظ، وجمجمة أكثر متانة، وعظام وعضلات الساعد أكثر تطورًا، وما إلى ذلك.
بالنسبة لعدد من السمات البيئية، تعتبر التربة وسطًا بين المائية والبرية. تشبه التربة البيئة المائية بسبب نظام درجة حرارتها، وقلة نسبة الأكسجين في هواء التربة، وتشبعها ببخار الماء ووجود الماء بأشكال أخرى، ووجود الأملاح والمواد العضوية في محاليل التربة، وقابليتها للتحرك في ثلاثة أبعاد.
يتم تقريب التربة من البيئة الجوية من خلال وجود هواء التربة، والتهديد بالجفاف في الآفاق العليا، والتغيرات الحادة إلى حد ما في نظام درجة حرارة الطبقات السطحية.
تشير الخصائص البيئية المتوسطة للتربة كموطن للحيوانات إلى أن التربة لعبت دورًا خاصًا في تطور عالم الحيوان. بالنسبة للعديد من المجموعات، ولا سيما المفصليات، كانت التربة بمثابة وسيلة تمكن من خلالها سكان الأحياء المائية في البداية من الانتقال إلى نمط الحياة الأرضية وغزو الأرض. تم إثبات هذا المسار لتطور المفصليات من خلال أعمال إم إس جيلياروف (1912-1985).
4.4. الكائنات الحية كموطن
تعيش العديد من أنواع الكائنات غير المتجانسة طوال حياتها أو جزء من دورة حياتها في كائنات حية أخرى تعمل أجسادها كبيئة لها، وتختلف بشكل كبير في خصائصها عن البيئة الخارجية.
أرز. 56. حشرة المن تصيب حشرة المن
أرز. 57. قطع المرارة على ورقة الزان مع يرقة المرارة ميكيولا فاجي
هناك العديد من البيئات المعيشية الرئيسية على كوكب الأرض:
ماء
الهواء الأرضي
تربة
كائن حي.
بيئة المعيشة المائية.
الكائنات الحية التي تعيش في الماء لها تكيفات تحددها الخصائص الفيزيائية للماء (الكثافة، التوصيل الحراري، القدرة على إذابة الأملاح).
بسبب قوة المياه المزدهرة، يتم تعليق العديد من سكان البيئة المائية الصغيرة وغير قادرين على مقاومة التيارات. يُطلق على مجموعة هؤلاء السكان المائيين الصغار اسم العوالق. تشمل العوالق الطحالب المجهرية والقشريات الصغيرة وبيض الأسماك ويرقاتها وقناديل البحر والعديد من الأنواع الأخرى.
العوالق
الكائنات العوالق تحملها التيارات ولا تستطيع مقاومتها. إن وجود العوالق في الماء يجعل من الممكن إجراء نوع من الترشيح للتغذية، أي الترشيح باستخدام أجهزة مختلفة، والكائنات الصغيرة وجزيئات الطعام المعلقة في الماء. يتم تطويره في كل من الحيوانات القاعية العائمة وغير اللاطئة، مثل الزنابق وبلح البحر والمحار وغيرها. ستكون الحياة المستقرة مستحيلة بالنسبة لسكان الأحياء المائية إذا لم تكن هناك عوالق، وهذا بدوره ممكن فقط في بيئة ذات كثافة كافية.
كثافة الماء تجعل الحركة النشطة فيه صعبة، لذلك يجب أن تتمتع الحيوانات سريعة السباحة مثل الأسماك والدلافين والحبار بعضلات قوية وشكل جسم انسيابي.
ماكو قرش
بسبب كثافة الماء العالية، يزداد الضغط بشكل كبير مع العمق. يستطيع سكان أعماق البحار تحمل ضغط أعلى بآلاف المرات من ضغط سطح الأرض.
يخترق الضوء الماء فقط إلى عمق ضحل، لذلك لا يمكن للكائنات الحية النباتية أن توجد إلا في الآفاق العليا لعمود الماء. حتى في أنظف البحار، فإن عملية التمثيل الضوئي ممكنة فقط على عمق 100-200 متر. وفي أعماق أكبر، لا توجد نباتات، وتعيش حيوانات المياه العميقة في ظلام دامس.
نظام درجة الحرارة في الخزانات أكثر اعتدالًا منه على الأرض. نظرًا للقدرة الحرارية العالية للمياه، يتم تخفيف تقلبات درجات الحرارة فيها، ولا يواجه سكان الأحياء المائية الحاجة إلى التكيف مع الصقيع الشديد أو الحرارة التي تصل إلى أربعين درجة. فقط في الينابيع الساخنة يمكن أن تقترب درجة حرارة الماء من نقطة الغليان.
إحدى الصعوبات في حياة سكان الأحياء المائية هي محدودية كمية الأكسجين. قابليته للذوبان ليست عالية جدًا، علاوة على ذلك، تنخفض بشكل كبير عند تلوث الماء أو تسخينه. لذلك، في الخزانات، هناك في بعض الأحيان المجاعة - الموت الجماعي للسكان بسبب نقص الأكسجين، والذي يحدث لأسباب مختلفة.
قتل السمك
يعد التركيب الملحي للبيئة مهمًا جدًا أيضًا للكائنات المائية. لا يمكن للأنواع البحرية أن تعيش في المياه العذبة، ولا يمكن لأنواع المياه العذبة أن تعيش في البحار بسبب خلل في وظيفة الخلايا.
بيئة الحياة الأرضية-الجوية.
هذه البيئة لديها مجموعة مختلفة من الميزات. وهي بشكل عام أكثر تعقيدًا وتنوعًا من المائية. يحتوي على الكثير من الأكسجين، والكثير من الضوء، وتغيرات حادة في درجة الحرارة في الزمان والمكان، وينخفض الضغط بشكل ملحوظ، وغالبًا ما يحدث نقص في الرطوبة. على الرغم من أن العديد من الأنواع يمكنها الطيران، كما أن الحشرات الصغيرة والعناكب والكائنات الحية الدقيقة والبذور وأبواغ النباتات تحملها التيارات الهوائية، إلا أن تغذية وتكاثر الكائنات الحية يحدث على سطح الأرض أو النباتات. في بيئة منخفضة الكثافة مثل الهواء، تحتاج الكائنات الحية إلى الدعم. لذلك، طورت النباتات الأرضية أنسجة ميكانيكية، كما أن الحيوانات البرية لديها هيكل عظمي داخلي أو خارجي أكثر وضوحًا من الحيوانات المائية. كثافة الهواء المنخفضة تجعل من السهل التحرك فيه. لقد أتقن حوالي ثلثي سكان الأرض الطيران النشط والسلبي. معظمهم من الحشرات والطيور.
طائرة ورقية سوداء
فراشة كاليجو
الهواء موصل رديء للحرارة. وهذا يجعل من السهل الحفاظ على الحرارة المتولدة داخل الكائنات الحية والحفاظ على درجة حرارة ثابتة في الحيوانات ذوات الدم الحار. لقد أصبح تطور الدم الدافئ ممكنًا في البيئة الأرضية. أسلاف الثدييات المائية الحديثة - الحيتان والدلافين والفظ والأختام - عاشوا ذات يوم على الأرض.
لدى سكان الأرض مجموعة واسعة من التكيفات المتعلقة بتزويد أنفسهم بالمياه، خاصة في الظروف الجافة. في النباتات، يعد هذا نظام جذر قوي، وطبقة مقاومة للماء على سطح الأوراق والسيقان، والقدرة على تنظيم تبخر الماء من خلال الثغور. في الحيوانات، هذه أيضًا سمات هيكلية مختلفة للجسم والتكامل، ولكن بالإضافة إلى ذلك، يساهم السلوك المناسب أيضًا في الحفاظ على توازن الماء. يمكنهم، على سبيل المثال، الهجرة إلى فتحات الري أو تجنب ظروف الجفاف بشكل خاص. يمكن لبعض الحيوانات أن تعيش حياتها بأكملها على الطعام الجاف، مثل الجربوع أو عثة الملابس المعروفة. وفي هذه الحالة، يحصل الجسم على الماء الذي يحتاجه نتيجة أكسدة مكونات الغذاء.
جذر شوك الجمل
كما تلعب العديد من العوامل البيئية الأخرى دورًا مهمًا في حياة الكائنات الأرضية، مثل تركيب الهواء، والرياح، وتضاريس سطح الأرض. الطقس والمناخ لهما أهمية خاصة. يجب أن يتكيف سكان البيئة البرية الجوية مع مناخ الجزء الذي يعيشون فيه من الأرض ويتحملون تقلبات الظروف الجوية.
التربة كبيئة للعيش.
التربة هي طبقة رقيقة من سطح الأرض، تتم معالجتها بواسطة نشاط الكائنات الحية. تتخلل الجزيئات الصلبة في التربة مسام وتجويفات، مملوءة جزئيًا بالماء وجزئيًا بالهواء، لذلك يمكن للكائنات المائية الصغيرة أيضًا أن تعيش في التربة. يعد حجم التجاويف الصغيرة في التربة من الخصائص المهمة جدًا لها. في التربة الرخوة يمكن أن يصل إلى 70٪، وفي التربة الكثيفة - حوالي 20٪. في هذه المسام والتجاويف أو على سطح الجزيئات الصلبة تعيش مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات المجهرية: البكتيريا والفطريات والطفيليات والديدان المستديرة والمفصليات. تصنع الحيوانات الأكبر حجمًا ممرات في التربة بنفسها.
سكان التربة
يتم اختراق التربة بأكملها عن طريق جذور النباتات. يتم تحديد عمق التربة من خلال عمق تغلغل الجذور ونشاط الحيوانات المختبئة. لا يزيد عن 1.5-2 م.
الهواء الموجود في تجاويف التربة مشبع دائمًا ببخار الماء، وتكوينه غني بثاني أكسيد الكربون وينضب الأكسجين. وبهذه الطريقة تشبه الظروف المعيشية في التربة البيئة المائية. ومن ناحية أخرى، فإن نسبة الماء والهواء في التربة تتغير باستمرار تبعا للظروف الجوية. تكون تقلبات درجات الحرارة حادة جدًا على السطح، ولكنها تتلاشى بسرعة مع العمق.
السمة الرئيسية لبيئة التربة هي الإمداد المستمر بالمواد العضوية، ويرجع ذلك أساسًا إلى موت جذور النباتات وتساقط أوراقها. فهي مصدر قيم للطاقة للبكتيريا والفطريات والعديد من الحيوانات، لذا فإن التربة هي البيئة الأكثر ثراءً بالحياة. عالمها الخفي غني ومتنوع للغاية.
الكائنات الحية كبيئة حية.
الدودة الشريطية العريضة
إقرأ أيضاً:
|
الخصائص العامة. في سياق التطور، تم إتقان البيئة الأرضية والهواء في وقت لاحق بكثير من البيئة المائية. تتطلب الحياة على الأرض تكيفات لم تصبح ممكنة إلا بمستوى عالٍ نسبيًا من التنظيم في كل من النباتات والحيوانات. ومن سمات بيئة الحياة الأرضية الجوية أن الكائنات الحية التي تعيش هنا محاطة ببيئة غازية تتميز بانخفاض الرطوبة والكثافة والضغط، وارتفاع نسبة الأكسجين. عادة، تتحرك الحيوانات في هذه البيئة على التربة (الركيزة الصلبة) وتترسخ النباتات فيها.
في بيئة الهواء الأرضي، تتمتع العوامل البيئية العاملة بعدد من السمات المميزة: شدة ضوء أعلى مقارنة بالبيئات الأخرى، وتقلبات كبيرة في درجات الحرارة، وتغيرات في الرطوبة حسب الموقع الجغرافي والموسم والوقت من اليوم.
في عملية التطور، طورت الكائنات الحية في البيئة الأرضية والهواء تكيفات تشريحية ومورفولوجية وفسيولوجية وسلوكية مميزة وغيرها من التعديلات. على سبيل المثال، ظهرت الأجهزة التي توفر الامتصاص المباشر للأكسجين الجوي أثناء التنفس (الرئتين والقصبة الهوائية للحيوانات، ثغور النباتات). تلقت التكوينات الهيكلية (الهيكل العظمي الحيواني والأنسجة الميكانيكية والداعمة للنباتات) التي تدعم الجسم تطورًا قويًا
في ظروف انخفاض كثافة البيئة. تم تطوير التكيفات للحماية من العوامل غير المواتية، مثل دورية وإيقاع دورات الحياة، والبنية المعقدة للجلد، وآليات التنظيم الحراري، وما إلى ذلك. وقد تشكل اتصال وثيق بالتربة (الأطراف الحيوانية، جذور النباتات)، وتطورت حركة الحيوانات بحثاً عن الطعام، وظهرت تيارات هوائية من البذور والفواكه وحبوب لقاح النباتات والحيوانات الطائرة.
كثافة الهواء منخفضةيحدد قوة الرفع المنخفضة والدعم الضئيل. يرتبط جميع سكان الهواء ارتباطًا وثيقًا بسطح الأرض الذي يخدمهم للارتباط والدعم. إن كثافة البيئة الهوائية لا توفر مقاومة عالية للكائنات الحية عندما تتحرك على سطح الأرض، ولكنها تجعل من الصعب حركتها عموديا. بالنسبة لمعظم الكائنات الحية، يرتبط البقاء في الهواء فقط بالاستقرار أو البحث عن الفريسة.
تحدد قوة الرفع المنخفضة للهواء الحد الأقصى لكتلة وحجم الكائنات الأرضية. أكبر الحيوانات التي تعيش على سطح الأرض أصغر من عمالقة البيئة المائية. لا يمكن للثدييات الكبيرة (حجم وكتلة الحوت الحديث) أن تعيش على الأرض، حيث يتم سحقها بوزنها.
كثافة الهواء المنخفضة تخلق مقاومة قليلة للحركة. 75% من جميع أنواع الحيوانات البرية قادرة على الطيران النشط.
تزيد الرياح من إطلاق الرطوبة والحرارة من الحيوانات والنباتات. عندما تكون هناك رياح، يكون تحمل الحرارة أسهل ويكون الصقيع أكثر شدة، ويحدث جفاف الكائنات الحية وتبريدها بشكل أسرع. تسبب الرياح تغيرات في شدة النتح في النباتات وتلعب دورًا في تلقيح النباتات المضادة للبكتيريا.
تكوين الغاز في الهواء- الأكسجين - 20.9٪، النيتروجين - 78.1٪، الغازات الخاملة - 1٪، ثاني أكسيد الكربون - 0.03٪ من حيث الحجم. يساعد الأكسجين على زيادة التمثيل الغذائي في الكائنات الأرضية.
وضع الضوء. يتم تحديد كمية الإشعاع الواصلة إلى سطح الأرض من خلال خط العرض الجغرافي للمنطقة، وطول اليوم، وشفافية الغلاف الجوي، وزاوية سقوط أشعة الشمس. تختلف الإضاءة على سطح الأرض بشكل كبير.
الأشجار والشجيرات والمحاصيل النباتية تظليل المنطقة وتخلق مناخًا محليًا خاصًا يضعف الإشعاع.
وبالتالي، في الموائل المختلفة، لا تختلف شدة الإشعاع فحسب، بل تختلف أيضًا في تركيبته الطيفية، ومدة إضاءة النباتات، والتوزيع المكاني والزماني للضوء بكثافات مختلفة، وما إلى ذلك. وبناءً على ذلك، فإن تكيف الكائنات الحية مع الحياة في بيئة مختلفة تتنوع أيضًا البيئة الأرضية تحت نظام ضوئي أو آخر. فيما يتعلق بالضوء، هناك ثلاث مجموعات رئيسية من النباتات: المحبة للضوء (النباتات الشمسية)، المحبة للظل (النباتات العلمية)، والمتسامحة مع الظل.
طورت نباتات البيئة الجوية الأرضية تكيفات تشريحية ومورفولوجية وفسيولوجية وغيرها من التكيفات مع ظروف الإضاءة المختلفة:
مثال على التكيفات التشريحية والمورفولوجية هو التغير في المظهر الخارجي في ظروف الإضاءة المختلفة، على سبيل المثال، الحجم غير المتكافئ لشفرات الأوراق في النباتات المرتبطة في وضع منتظم، والتي تعيش تحت إضاءة مختلفة (جرس المرج Cumpanula patula والغابات - C. trachelium، البنفسج الميداني - Viola arvensis، ينمو في الحقول والمروج وحواف الغابات والبنفسج الغابة - V. mirabilis).
في النباتات الشمسية، يتم توجيه الأوراق للحد من تدفق الإشعاع خلال ساعات النهار الأكثر "خطورة". توجد شفرات الأوراق عموديًا أو بزاوية كبيرة على المستوى الأفقي، لذلك تتلقى الأوراق في الغالب أشعة منزلقة خلال النهار.
في النباتات التي تتحمل الظل، يتم ترتيب الأوراق بحيث تتلقى أكبر قدر ممكن من الإشعاع الساقط.
أحد الأشكال الغريبة للتكيف الفسيولوجي أثناء النقص الحاد في الضوء هو فقدان قدرة النبات على التمثيل الضوئي والانتقال إلى التغذية غير المتجانسة بمواد غير عضوية جاهزة. في بعض الأحيان أصبح هذا التحول لا رجعة فيه بسبب فقدان النباتات للكلوروفيل، على سبيل المثال، بساتين الفاكهة من غابات التنوب المظللة (Goodyera repens، Weottia nidus avis)، وبساتين الفاكهة (Monotropa Hypitys).
التكيفات الفسيولوجية للحيوانات. بالنسبة للغالبية العظمى من الحيوانات البرية ذات النشاط النهاري والليلي، تعد الرؤية إحدى طرق التوجيه وهي مهمة للبحث عن الفريسة. تتمتع العديد من أنواع الحيوانات أيضًا برؤية الألوان. وفي هذا الصدد، طورت الحيوانات، وخاصة الضحايا، سمات تكيفية. وتشمل هذه الألوان الواقية والتمويهية والتحذيرية والتشابه الوقائي والتقليد وما إلى ذلك. ويرتبط ظهور الزهور ذات الألوان الزاهية للنباتات العليا أيضًا بخصائص الجهاز البصري للملقحات، وفي النهاية، بنظام الإضاءة في البيئة.
وضع الماء. يعد نقص الرطوبة أحد أهم سمات بيئة الحياة البرية والهواء. حدث تطور الكائنات الأرضية من خلال التكيف للحصول على الرطوبة والحفاظ عليها.
()الأقفاص (المطر والبرد والثلج)، بالإضافة إلى توفير المياه وإنشاء احتياطيات الرطوبة، غالبًا ما تلعب دورًا بيئيًا آخر. على سبيل المثال، أثناء هطول الأمطار الغزيرة، لا يتوفر للتربة الوقت الكافي لامتصاص الرطوبة، وتتدفق المياه بسرعة في تيارات قوية وغالبًا ما تحمل نباتات ضعيفة الجذور وحيوانات صغيرة وتربة خصبة إلى البحيرات والأنهار.
كما أن البرد له تأثير سلبي على النباتات والحيوانات. في بعض الأحيان يتم تدمير المحاصيل الزراعية في الحقول الفردية بالكامل بسبب هذه الكارثة الطبيعية.
ويتنوع الدور البيئي للغطاء الثلجي؛ بالنسبة للنباتات التي تتواجد براعمها المتجددة في التربة أو بالقرب من سطحها، وبالنسبة للعديد من الحيوانات الصغيرة، يلعب الثلج دور الغطاء العازل للحرارة، مما يحميها من درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء. غالبًا ما يمنع الغطاء الثلجي الشتوي الحيوانات الكبيرة من الحصول على الطعام والحركة، خاصة عندما تتشكل قشرة جليدية على السطح. في كثير من الأحيان خلال فصول الشتاء الثلجية، لوحظ وفاة اليحمور والخنازير البرية.
الكميات الكبيرة من الثلج لها أيضًا تأثير سلبي على النباتات. بالإضافة إلى الأضرار الميكانيكية على شكل رقائق الثلج أو نافخات الثلج، يمكن أن تؤدي طبقة سميكة من الثلج إلى ترطيب النباتات، وعندما يذوب الثلج، خاصة في فصل الربيع الطويل، إلى نقع النباتات.
درجة حرارة. السمة المميزة للبيئة الأرضية الجوية هي النطاق الكبير لتقلبات درجات الحرارة. وفي معظم مناطق اليابسة يصل نطاق درجات الحرارة اليومية والسنوية إلى عشرات الدرجات.
تشغل النباتات الأرضية منطقة مجاورة لسطح التربة، أي "الواجهة" التي يحدث عليها انتقال الأشعة الساقطة من وسط إلى آخر، من شفافة إلى معتمة. يتم إنشاء نظام حراري خاص على هذا السطح: خلال النهار يكون هناك تسخين قوي بسبب امتصاص الأشعة الحرارية، وفي الليل يكون هناك تبريد قوي بسبب الإشعاع. ولذلك، فإن الطبقة الأرضية من الهواء تشهد أشد التقلبات اليومية في درجات الحرارة، والتي تكون أكثر وضوحًا على التربة العارية.
في البيئة الأرضية الجوية، تتعقد الظروف المعيشية بسبب التغيرات المناخية. الطقس هو الحالة المتغيرة باستمرار للغلاف الجوي على سطح الأرض، حتى ارتفاع 20 كيلومترًا تقريبًا. يتجلى تقلب الطقس في التغير المستمر للعوامل البيئية: درجة الحرارة، رطوبة الهواء، الغيوم، هطول الأمطار، قوة الرياح، الاتجاه. يميز نظام الطقس طويل المدى مناخ المنطقة. يتم تحديد المناخ حسب الظروف الجغرافية للمنطقة. ويتميز كل موطن بمناخ بيئي معين، أي مناخ الطبقة الأرضية من الهواء، أو المناخ البيئي.
المنطقة الجغرافية والتقسيم الجغرافي.يرتبط توزيع الكائنات الحية على الأرض ارتباطًا وثيقًا بالمناطق والمناطق الجغرافية. هناك 13 منطقة جغرافية على سطح الكرة الأرضية، والتي تتغير من خط الاستواء إلى القطبين ومن المحيطات إلى داخل القارات. داخل الأحزمة، يتم تمييز المناطق الطبيعية العرضية والزوالية أو الطولية. الأول يمتد من الغرب إلى الشرق، والثاني من الشمال إلى الجنوب. تتميز كل منطقة مناخية بنباتاتها وحيواناتها الفريدة. أغنى الحياة وأكثرها إنتاجية هي الغابات الاستوائية والسهول الفيضية والبراري وغابات المناطق شبه الاستوائية والمنطقة الانتقالية. الصحاري والمروج والسهوب أقل إنتاجية. أحد الشروط المهمة لتقلب الكائنات الحية وتوزيعها المناطقي على الأرض هو تقلب التركيب الكيميائي للبيئة. جنبا إلى جنب مع المناطق الأفقية، فإن المناطق الارتفاعية أو الرأسية واضحة بشكل واضح في البيئة الأرضية. الغطاء النباتي في البلدان الجبلية أغنى من الغطاء النباتي في السهول المجاورة. التكيف مع الحياة في الجبال: يهيمن على النباتات شكل من أشكال الحياة على شكل وسادة، وهي النباتات المعمرة، التي طورت التكيف مع الأشعة فوق البنفسجية القوية وتقليل النتح. في الحيوانات، يزداد الحجم النسبي للقلب ويزداد محتوى الهيموجلوبين في الدم. الحيوانات: الديوك الرومية الجبلية، العصافير الجبلية، القبرات، النسور، الكباش، الماعز، الشامواه، الياك، الدببة، الوشق.
ملامح الموائل الجوية الأرضية.يوجد ما يكفي من الضوء والهواء في بيئة الهواء الأرضي. لكن رطوبة الهواء ودرجة الحرارة تختلف اختلافا كبيرا. في مناطق المستنقعات، هناك كمية زائدة من الرطوبة، في السهوب أقل بكثير. كما يمكن ملاحظة التقلبات اليومية والموسمية في درجات الحرارة.
تكيف الكائنات الحية مع الحياة في ظروف درجات الحرارة والرطوبة المختلفة. يرتبط عدد كبير من تكيفات الكائنات الحية في بيئة الهواء الأرضي بدرجة حرارة الهواء والرطوبة. حيوانات السهوب (العقارب، الرتيلاء والعناكب كاراكورت، الغوفر، فئران الحقل) تختبئ من الحرارة في الجحور. زيادة تبخر الماء من الأوراق يحمي النبات من أشعة الشمس الحارة. في الحيوانات، مثل هذا التكيف هو إفراز العرق.
مع بداية الطقس البارد، تطير الطيور بعيدًا إلى المناطق الأكثر دفئًا لتعود في الربيع إلى المكان الذي ولدت فيه والمكان الذي ستلد فيه. من سمات بيئة الهواء الأرضي في المناطق الجنوبية من أوكرانيا أو شبه جزيرة القرم عدم كفاية الرطوبة.
تحقق من الشكل. 151 مع النباتات التي تكيفت مع ظروف مماثلة.
تكيف الكائنات الحية مع الحركة في البيئة الجوية الأرضية.بالنسبة للعديد من الحيوانات في البيئة الأرضية الجوية، تعد الحركة على سطح الأرض أو في الهواء أمرًا مهمًا. للقيام بذلك، قاموا بتطوير تكيفات معينة، وأطرافهم لها هياكل مختلفة. تكيف البعض مع الجري (الذئب، الحصان)، والبعض الآخر - القفز (الكنغر، الجربوع، الجندب)، والبعض الآخر - الطيران (الطيور، الخفافيش، الحشرات) (الشكل 152). الثعابين والأفاعي ليس لها أطراف. يتحركون عن طريق ثني أجسادهم.
لقد تكيف عدد أقل بكثير من الكائنات الحية مع الحياة في الجبال العالية، نظرًا لوجود القليل من التربة والرطوبة والهواء للنباتات، وتواجه الحيوانات صعوبة في الحركة. لكن بعض الحيوانات، على سبيل المثال، الماعز الجبلي (الشكل 154)، قادرة على التحرك عموديًا تقريبًا لأعلى ولأسفل إذا كان هناك تفاوت طفيف على الأقل. لذلك يمكنهم العيش في أعالي الجبال. المواد من الموقع
تكيف الكائنات الحية مع ظروف الإضاءة المختلفة.أحد تكيفات النباتات مع الإضاءة المختلفة هو اتجاه الأوراق نحو الضوء. في الظل، يتم ترتيب الأوراق أفقيًا: وبهذه الطريقة تتلقى المزيد من أشعة الضوء. تتطور قطرات الثلج والرياست المحبة للضوء وتزدهر في أوائل الربيع. خلال هذه الفترة، لديهم ما يكفي من الضوء، لأن الأوراق لم تظهر بعد على الأشجار في الغابة.
إن تكيف الحيوانات مع العامل المحدد لموطن الهواء الأرضي هو بنية وحجم العيون. تمتلك معظم الحيوانات في هذه البيئة أجهزة رؤية متطورة. على سبيل المثال، يرى الصقر من ارتفاع طيرانه فأرًا يجري عبر الحقل.
على مدار قرون عديدة من التطور، تكيفت الكائنات الحية في البيئة الأرضية والهواء مع تأثير عواملها.
لم تجد ما كنت تبحث عنه؟ استخدم البحث
يوجد في هذه الصفحة مواد حول المواضيع التالية:
- تقرير عن موطن الكائن الحي للصف السادس
- قدرة البومة الثلجية على التكيف مع بيئتها
- مصطلحات حول موضوع الهواء
- تقرير عن الموائل الأرضية والهواء
- تكيف الطيور الجارحة مع بيئتها
ونقصد بكلمة "البيئة" كل ما يحيط بالجسم ويؤثر فيه بشكل أو بآخر. وبعبارة أخرى، تتميز البيئة المعيشية بمجموعة معينة من العوامل البيئية. الأربعاء- البيئة المعيشية - البيئة المائية - البيئة الأرضية الجوية - بيئة التربة - الكائن الحي كبيئة حية - المفاهيم الأساسية.
تعريف مقبول بشكل عام بيئةهو تعريف نيكولاي بافلوفيتش نوموف: " الأربعاء- كل ما يحيط بالكائنات الحية يؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على حالتها ونموها وبقائها وتكاثرها." توجد على الأرض أربع بيئات معيشية مختلفة نوعياً ولها مجموعة من العوامل البيئية المحددة: -المائية الأرضية (الأرض)؛ - ماء؛ - التربة؛ - كائنات أخرى.
أرض-جوتتميز البيئة بمجموعة كبيرة ومتنوعة من الظروف المعيشية والمنافذ البيئية والكائنات الحية التي تعيش فيها. تلعب الكائنات الحية دورًا أساسيًا في تشكيل ظروف بيئة الحياة الأرضية والهواء، وقبل كل شيء، تكوين الغاز في الغلاف الجوي. تقريبا كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي للأرض هو من أصل حيوي. الملامح الرئيسية لبيئة الأرض الجوية هي
تغيرات كبيرة في العوامل البيئية،
عدم تجانس البيئة،
عمل قوى الجاذبية،
كثافة الهواء منخفضة.
تؤدي مجموعة من العوامل الفيزيائية والجغرافية والمناخية المرتبطة بمنطقة طبيعية معينة إلى تكيف الكائنات الحية مع الحياة في هذه الظروف وإلى تنوع أشكال الحياة. يحدد محتوى الأكسجين العالي في الغلاف الجوي (حوالي 21٪) إمكانية تكوين مستوى مرتفع (طاقة) من التمثيل الغذائي. ويتميز الهواء الجوي بالرطوبة المنخفضة والمتغيرة. حد هذا الظرف إلى حد كبير من إمكانيات تطوير البيئة الأرضية الجوية.
أَجواء(من الكلمة اليونانية أتموس - بخار وسفيرا - كرة)، القشرة الغازية للأرض. من المستحيل الإشارة إلى الحد الأعلى الدقيق للغلاف الجوي للأرض. الغلاف الجوي له هيكل متعدد الطبقات واضح. الطبقات الرئيسية للغلاف الجوي:
1)التروبوسفير- الارتفاع 8 - 17 كم. ويتركز فيه كل بخار الماء و 4/5 من كتلة الغلاف الجوي وتتطور جميع الظواهر الجوية.
2)الستراتوسفير- طبقة فوق التروبوسفير يصل ارتفاعها إلى 40 كم. ويتميز بدرجة حرارة ثابتة تقريبًا مع الارتفاع. يوجد في الجزء العلوي من طبقة الستراتوسفير أقصى تركيز للأوزون، الذي يمتص كمية كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس.
3) الميزوسفير- طبقة تتراوح بين 40 و80 كلم؛ في النصف السفلي ترتفع درجة الحرارة من +20 إلى +30 درجة، في النصف العلوي تنخفض إلى ما يقرب من -100 درجة.
4) الغلاف الحراري(الأيونوسفير) - طبقة يتراوح سمكها بين 80 - 1000 كيلومتر، والتي يزيد فيها تأين جزيئات الغاز (تحت تأثير الإشعاع الكوني المخترق دون عوائق).
5) اكسوسفير(مجال التشتت) - طبقة يزيد ارتفاعها عن 800 - 1000 كيلومتر، منها تنتشر جزيئات الغاز إلى الفضاء الخارجي. ينقل الغلاف الجوي 3/4 من الإشعاع الشمسي، مما يزيد من إجمالي كمية الحرارة المستخدمة لتطوير العمليات الطبيعية على الأرض.
الحياة المائية. الغلاف المائي (من الهيدرو... والمجال)، الغلاف المائي المتقطع للأرض، الموجود بين الغلاف الجوي والقشرة الصلبة (الغلاف الصخري). يمثل مجمل المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والمستنقعات وكذلك المياه الجوفية. يغطي الغلاف المائي حوالي 71% من سطح الأرض. يقترب التركيب الكيميائي للغلاف المائي من التكوين المتوسط لمياه البحر.
تشكل كمية المياه العذبة 2.5% من إجمالي المياه الموجودة على الكوكب؛ 85% - مياه البحر. يتم توزيع احتياطيات المياه العذبة بشكل غير متساو للغاية: 72.2٪ - جليد؛ 22.4% - المياه الجوفية؛ 0.35% - الغلاف الجوي؛ 5.05% - استقرار تدفق مياه الأنهار والبحيرات. تمثل المياه التي يمكننا استخدامها 10-12% فقط من إجمالي المياه العذبة على الأرض.
البيئة الأوليةوكانت الحياة على وجه التحديد هي البيئة المائية. بادئ ذي بدء، معظم الكائنات الحية غير قادرة على الحياة النشطة دون دخول الماء إلى الجسم أو دون الحفاظ على محتوى معين من السوائل داخل الجسم. السمة الرئيسية للبيئة المائية هي تقلبات درجات الحرارة اليومية والموسمية. ضخم أهمية بيئية، لها كثافة ولزوجة عالية من الماء. الجاذبية النوعية للماء مماثلة لتلك الموجودة في جسم الكائنات الحية. كثافة الماء أعلى بحوالي 1000 مرة من كثافة الهواء. ولذلك، فإن الكائنات المائية (وخاصة تلك التي تتحرك بنشاط) تواجه قوة أكبر من المقاومة الهيدروديناميكية. الكثافة العالية للمياه هي السبب في انتشار الاهتزازات الميكانيكية (الاهتزازات) بشكل جيد في البيئة المائية. وهذا مهم جدًا للحواس والتوجه في الفضاء وبين سكان الأحياء المائية. تحتوي سرعة الصوت في البيئة المائية على تردد أعلى لإشارات تحديد الموقع بالصدى. أربع مرات أكبر مما كانت عليه في الهواء. لذلك، هناك مجموعة كاملة من الكائنات المائية (كل من النباتات والحيوانات) الموجودة دون اتصال إلزامي بالقاع أو الركيزة الأخرى "العائمة" في عمود الماء.