Temperatuur valguse keskkonna keskkonnategurid. Test: valgus, temperatuur ja niiskus kui keskkonnategurid
Sissejuhatus
4. Edaafilised tegurid
5. Erinevad elukeskkonnad
Järeldus
Sissejuhatus
Maal on tohutult erinevaid elutingimusi, mis pakuvad mitmesuguseid ökoloogilisi nišše ja nende “rahvastikku”. Kuid vaatamata sellele mitmekesisusele on olemas neli kvalitatiivselt erinevat elukeskkonda, millel on kindel keskkonnategurite kogum ja mis seetõttu nõuavad teatud kohandamist. Need on elukeskkonnad: maa-õhk (maa); vesi; pinnas; muud organismid.
Iga liik on kohanenud oma spetsiifiliste keskkonnatingimustega – ökoloogilise nišiga.
Iga liik on kohanenud oma spetsiifilise keskkonnaga, teatud toidu, kiskjate, temperatuuri, vee soolsuse ja muude välismaailma elementidega, ilma milleta ta eksisteerida ei saa.
Organismide eksisteerimiseks on vaja tegurite kompleksi. Keha vajadus nende järele on erinev, kuid igaüks piirab oma olemasolu teatud määral.
Mõne keskkonnateguri puudumist (puudust) saab kompenseerida teiste sarnaste (sarnaste) teguritega. Organismid ei ole keskkonnatingimuste “orjad” – teatud määral kohanduvad ja muudavad nad ise keskkonnatingimusi viisil, mis leevendab teatud tegurite puudumist.
Füsioloogiliselt vajalike tegurite puudumine keskkonnas (valgus, vesi, süsinikdioksiid, toitaineid) ei saa teised kompenseerida (asendada).
1. Valgus kui keskkonnategur. Valguse roll organismide elus
Valgus on üks energia vorme. Vastavalt termodünaamika esimesele seadusele ehk energia jäävuse seadusele võib energia muutuda ühest vormist teise. Selle seaduse kohaselt on organismid termodünaamiline süsteem, mis vahetab pidevalt keskkonnaga energiat ja ainet. Maa pinnal olevad organismid puutuvad kokku energiavooga, peamiselt päikeseenergiaga, aga ka kosmiliste kehade pikalainelise soojuskiirgusega. Mõlemad tegurid määravad keskkonna kliimatingimused (temperatuur, vee aurustumise kiirus, õhu ja vee liikumine). Kosmosest langeb biosfääri päikesevalgus energiaga 2 cal. 1 cm 2 võrra 1 minutiga. See on nn päikesekonstant. See atmosfääri läbiv valgus on nõrgenenud ja selgel keskpäeval ei jõua Maa pinnale rohkem kui 67% selle energiast, s.t. 1,34 cal. cm 2 kohta 1 min. Pilvekatet, vett ja taimestikku läbides nõrgeneb päikesevalgus veelgi ning energiajaotus selles muutub oluliselt. erinevad valdkonnad spekter
Päikesevalguse ja kosmilise kiirguse nõrgenemise määr sõltub valguse lainepikkusest (sagedusest). Ultraviolettkiirgus mille lainepikkus on alla 0,3 mikroni, peaaegu ei läbi osoonikiht(umbes 25 km kõrgusel). Selline kiirgus on ohtlik elusorganismile, eriti protoplasmale.
Eluslooduses on valgus ainuke energiaallikas, kõik taimed peale bakterite fotosünteesivad, s.t. sünteesivad orgaanilisi aineid anorgaanilistest ainetest (s.o veest, mineraalsooladest ja CO 2 -st, kasutades assimilatsiooniprotsessis kiirgusenergiat). Kõik organismid sõltuvad toitumise osas maismaa fotosünteetilistest organismidest, s.t. klorofülli kandvad taimed.
Valgus kui keskkonnategur jaguneb ultraviolettkiirguseks, mille lainepikkus on 0,40–0,75 mikronit, ja infrapunakiirguseks, mille lainepikkus on nendest suurustest suurem.
Nende tegurite toime sõltub organismide omadustest. Iga organismitüüp on kohanenud teatud valguse lainepikkusega. Teatud tüüpi organismid on kohanenud ultraviolettkiirgusega, teised aga infrapunakiirgusega.
Mõned organismid suudavad eristada lainepikkusi. Neil on erilised valguse tajumise süsteemid ja värvinägemine, millel on nende elus suur tähtsus. Paljud putukad on tundlikud lühilainelise kiirguse suhtes, mida inimene ei taju. Koid tajuvad ultraviolettkiiri hästi. Mesilased ja linnud määravad täpselt oma asukoha ja navigeerivad piirkonnas isegi öösel.
Organismid reageerivad tugevalt ka valguse intensiivsusele. Nende omaduste põhjal jagatakse taimed kolme ökoloogilise rühma:
1. Valguslembesed, päikest armastavad ehk heliofüüdid – mis on võimelised normaalselt arenema ainult päikesekiirte all.
2. Varju armastavad taimed ehk sciofüüdid on metsade madalama astme taimed ja süvamere taimed, näiteks maikellukesed jt.
Valguse intensiivsuse vähenemisel aeglustub ka fotosüntees. Kõikidel elusorganismidel on lävi tundlikkus valguse intensiivsuse ja ka muude keskkonnategurite suhtes. Erinevatel organismidel on keskkonnategurite suhtes erinev lävitundlikkus. Näiteks intensiivne valgus pärsib Drosophila kärbeste arengut, põhjustades isegi nende surma. Prussakad ja teised putukad ei armasta valgust. Enamikus fotosünteesivates taimedes on vähese valguse intensiivsuse korral valkude süntees pärsitud, loomadel aga biosünteesi protsessid.
3. Varjutaluvad või fakultatiivsed heliofüüdid. Taimed, mis kasvavad hästi nii varjus kui valguses. Loomadel nimetatakse neid organismide omadusi valgust armastavateks (fotofiilideks), varju armastavateks (fotofoobideks), eurüfoobseteks – stenofoobseteks.
2. Temperatuur kui keskkonnategur
Temperatuur on kõige olulisem keskkonnategur. Temperatuuril on tohutu mõju organismide elutegevuse paljudele aspektidele, nende leviku geograafiale, paljunemisele ja teistele organismide bioloogilistele omadustele, mis sõltuvad peamiselt temperatuurist. Vahemik, s.t. Temperatuuripiirid, milles elu võib eksisteerida, on vahemikus -200 °C kuni +100 °C ja mõnikord on leitud, et kuumaveeallikates, mille temperatuur on 250 °C, leidub baktereid. Tegelikkuses suudab enamik organisme ellu jääda veelgi kitsamas temperatuurivahemikus.
Teatud tüüpi mikroorganismid, peamiselt bakterid ja vetikad, on võimelised elama ja paljunema kuumaveeallikates keemistemperatuurile lähedasel temperatuuril. Kuumaveeallika bakterite temperatuuri ülempiir on umbes 90°C. Temperatuuri muutlikkus on keskkonna seisukohalt väga oluline.
Iga liik on võimeline elama ainult teatud temperatuurivahemikus, nn maksimaalse ja minimaalse surmava temperatuuri piires. Peale nende kriitiliste temperatuuride äärmuste, külma või kuumuse, toimub organismi surm. Kusagil nende vahel on optimaalne temperatuur, mille juures on aktiivne kõigi organismide, elusaine kui terviku elutegevus.
Lähtuvalt organismide taluvusest temperatuuritingimuste suhtes jagatakse need eurütermilisteks ja stenotermilisteks, s.o. suudab taluda temperatuurikõikumisi laiades või kitsastes piirides. Näiteks samblikud ja paljud bakterid võivad elada erinevatel temperatuuridel või orhideed ja teised troopiliste vööndite soojust armastavad taimed on stenotermilised.
Mõned loomad suudavad hoida püsivat kehatemperatuuri sõltumata ümbritsevast temperatuurist. Selliseid organisme nimetatakse homöotermilisteks. Teiste loomade kehatemperatuur varieerub sõltuvalt ümbritsevast temperatuurist. Neid nimetatakse poikilotermilisteks. Sõltuvalt organismide temperatuuritingimustega kohanemise meetodist jagatakse nad kahte ökoloogiliseks rühmaks: krüofüllid - organismid, mis on kohanenud külma, madala temperatuuriga; termofiilid – ehk soojust armastavad.
3. Niiskus kui keskkonnategur
Algselt olid kõik veeorganismid. Olles vallutanud maa, ei kaotanud nad sõltuvust veest. Vesi on kõigi elusorganismide lahutamatu osa. Niiskus on veeauru hulk õhus. Ilma niiskuseta ega veeta pole elu.
Niiskus on parameeter, mis iseloomustab veeauru sisaldust õhus. Absoluutne niiskus on veeauru hulk õhus ja sõltub temperatuurist ja rõhust. Seda kogust nimetatakse suhteliseks niiskuseks (st õhus oleva veeauru ja küllastunud auru koguse suhe teatud temperatuuri- ja rõhutingimustel).
Looduses on igapäevane niiskuse rütm. Niiskus kõigub vertikaalselt ja horisontaalselt. See tegur koos valguse ja temperatuuriga mängib suurt rolli organismide aktiivsuse ja nende leviku reguleerimisel. Niiskus muudab ka temperatuuri mõju.
Oluline keskkonnategur on õhu käes kuivatamine. Eriti maismaaorganismide jaoks on õhu kuivatav toime suur tähtsus. Loomad kohanevad, liikudes kaitstud kohtadesse ja elades öösel aktiivset eluviisi.
Taimed imavad mullast vett ja peaaegu kõik (97-99%) aurustub läbi lehtede. Seda protsessi nimetatakse transpiratsiooniks. Aurustumine jahutab lehti. Tänu aurustamisele transporditakse ioonid läbi pinnase juurteni, ioonid transporditakse rakkude vahel jne.
Teatud kogus niiskust on maismaaorganismide jaoks hädavajalik. Paljud neist vajavad normaalseks toimimiseks 100% suhtelist õhuniiskust ja vastupidi, normaalses seisundis organism ei saa elada pikka aega absoluutselt kuivas õhus, sest see kaotab pidevalt vett. Vesi on elusaine oluline osa. Seetõttu põhjustab teatud koguse vee kaotus surma.
Kuivas kliimas asuvad taimed kohanevad morfoloogiliste muutuste ja vegetatiivsete organite, eriti lehtede vähenemise kaudu.
Kohanevad ka maismaaloomad. Paljud neist joovad vett, teised imavad seda läbi keha vedeliku või auruna. Näiteks enamik kahepaikseid, mõned putukad ja lestad. Enamik kõrbeloomi ei joo kunagi, nad rahuldavad oma vajadused toiduga varustatud veest. Teised loomad saavad vett rasvade oksüdatsiooni käigus.
Vesi on elusorganismidele hädavajalik. Seetõttu levivad organismid kogu oma elupaigas sõltuvalt nende vajadustest: veeorganismid elada pidevalt vees; hüdrofüüdid võivad elada ainult väga niiskes keskkonnas.
Ökoloogilise valentsuse seisukohalt kuuluvad hüdrofüüdid ja hügrofüüdid stenogüüride rühma. Niiskus mõjutab suuresti organismide elutalitlust, näiteks 70% suhteline õhuniiskus oli väga soodne põldküpseks ja emaste viljakusele. rändtirtsud. Edukalt paljundatuna põhjustavad nad paljudes riikides põllukultuuridele tohutut majanduslikku kahju.
Organismide leviku ökoloogiliseks hindamiseks kasutatakse kliima kuivuse indikaatorit. Kuivus toimib organismide ökoloogilise klassifikatsiooni valikulise tegurina.
Seega jaotatakse organismiliigid olenevalt kohaliku kliima niiskusomadustest ökoloogilistesse rühmadesse:
1. Hüdatofüüdid on veetaimed.
2. Hüdrofüüdid on maismaa-veetaimed.
3. Hügrofüüdid - kõrge õhuniiskuse tingimustes elavad maismaataimed.
4. Mesofüüdid on taimed, mis kasvavad keskmise niiskusega
5. Kserofüüdid on taimed, mis kasvavad ebapiisava niiskusega. Need omakorda jagunevad: sukulendid - mahlakad taimed (kaktused); sklerofüüdid on kitsaste ja väikeste lehtedega taimed, mis on rullitud torudesse. Samuti jagunevad nad eukserofüütideks ja stüpakserofüütideks. Eukserofüüdid on stepitaimed. Stüpakserofüüdid on ahtalehise murukõrreliste rühm (sulehein, aruhein, tonkonogo jt). Mesofüüdid jagunevad omakorda ka mesohügrofüütideks, mesokserofüütideks jne.
Kuigi õhuniiskus on temperatuurist väiksem, on see siiski üks peamisi keskkonnategureid. Suurema osa eluslooduse ajaloost esindasid orgaanilist maailma eranditult veeorganismid. Enamiku elusolendite lahutamatu osa on vesi ja peaaegu kõik neist vajavad sugurakkude paljunemiseks või sulandumiseks veekeskkonda. Maismaaloomad on sunnitud looma kunstlikke veekeskkond väetamiseks ja see viib viimase muutumiseni sisemiseks.
Niiskus on veeauru hulk õhus. Seda saab väljendada grammides kuupmeetri kohta.
4. Edaafilised tegurid
Mulla peamised omadused, mis mõjutavad organismide elutegevust, hõlmavad selle füüsilist struktuuri, s.o. kalle, sügavus ja granulomeetria, pinnase enda ja selles ringlevate ainete keemiline koostis - gaasid (vaja on välja selgitada selle aeratsiooni tingimused), vesi, orgaanilised ja mineraalsed ained ioonide kujul.
Mulla peamine omadus, millel on suur tähtsus nii taimede kui ka urgu otsivate loomade jaoks, on selle osakeste suurus.
Maapinna mulla tingimused määravad kliimategurid. Isegi ebaolulisel sügavusel pinnases on täielik pimedus, ja see omadus on valgust vältivate liikide elupaiga iseloomulik tunnus. Sügavamale pinnasesse minnes muutuvad temperatuurikõikumised üha vähem oluliseks: igapäevased muutused hääbuvad kiiresti ning alates teatud sügavusest tasanduvad hooajalised erinevused. Päevased temperatuuride erinevused kaovad juba 50 cm sügavusel, pinnasesse sukeldudes hapnikusisaldus selles väheneb, CO 2 suureneb. Märkimisväärsel sügavusel lähenevad tingimused anaeroobsetele tingimustele, kus elavad mõned anaeroobsed bakterid. Vihmaussid eelistavad juba praegu suurema CO 2 sisaldusega keskkonda kui atmosfääris.
Mulla niiskus on äärmiselt suur oluline omadus, eriti sellel kasvavate taimede puhul. See sõltub paljudest teguritest: sademete režiim, kihi sügavus, aga ka pinnase füüsikalised ja keemilised omadused, mille osakesed olenevalt nende suurusest, orgaanilise aine sisaldus jne. Kuivade ja märgade muldade taimestik ei ole ühesugune ja neil muldadel ei saa kasvatada samu kultuure. Mullafauna on ka väga tundlik mulla niiskuse suhtes ja reeglina ei talu liigset kuivust. Tuntud näited on vihmaussid ja termiidid. Viimased on mõnikord sunnitud oma kolooniaid veega varustama, tehes suurel sügavusel maa-aluseid galeriisid. Liigne veesisaldus mullas tapab aga hulgaliselt putukavastseid.
Taimede toitumiseks vajalikke mineraale leidub mullas vees lahustunud ioonide kujul. Mullast võib leida vähemalt enam kui 60 keemilise elemendi jälgi. CO 2 ja lämmastik sisalduvad suured hulgad; teiste, näiteks nikli või koobalti sisaldus on äärmiselt väike. Mõned ioonid on taimedele mürgised, teised, vastupidi, elutähtsad. Vesinikuioonide kontsentratsioon pinnases – pH – on keskmiselt neutraalse väärtuse lähedal. Selliste muldade taimestik on eriti liigirikas. Lubjarikaste ja soolaste muldade leeliseline pH on umbes 8–9; Sfagnum-turbaaladel võib happeline pH langeda 4-ni.
Mõned ioonid on keskkonna seisukohalt väga olulised. Need võivad põhjustada paljude liikide hävitamist ja vastupidi, aidata kaasa väga ainulaadsete vormide arengule. Lubjakivil asuvad mullad on väga Ca +2 ioonirikkad; neile areneb välja spetsiifiline taimestik, mida nimetatakse kaltsefüüdiks (mägedes edelweiss; mitut tüüpi orhideed). Erinevalt sellest taimestikust on kaltsifoobne taimestik. Siia kuuluvad kastan, sõrmsõnajalg ja enamik kanarbikuid. Sellist taimestikku nimetatakse mõnikord tulekivist taimestikuks, kuna kaltsiumivaesed maad sisaldavad vastavalt rohkem räni. Tegelikult see taimestik räni otseselt ei soosi, vaid lihtsalt väldib kaltsiumi. Mõnedel loomadel on kaltsiumi orgaaniline vajadus. On teada, et kanad lõpetavad munemise kõvade koortega, kui kanakull asub kohas, kus muld on kaltsiumivaene. Lubjakivivööndis on rohkesti asustatud koorega tigusid (tigusid), kes on siin liigiliselt palju esindatud, kuid graniidimassiividel kaovad nad peaaegu täielikult.
0 3 ioonirikastel muldadel areneb välja ka spetsiifiline taimestik, mida nimetatakse nitrofiilseks. Neil sageli leiduvad lämmastikku sisaldavad orgaanilised jäägid lagundatakse bakterite poolt esmalt ammooniumisooladeks, seejärel nitraatideks ja lõpuks nitraatideks. Seda tüüpi taimed moodustavad näiteks karjakarjamaade lähedal mägedes tihedaid tihnikuid.
Muld sisaldab ka surnud taimede ja loomade lagunemisel tekkivat orgaanilist ainet. Nende ainete sisaldus väheneb sügavuse suurenedes. Näiteks metsas on nende oluliseks varuallikaks langenud lehtede allapanu ja lehtpuude allapanu on selles osas rikkalikum kui okaspuu oma. Toitub hävitajatest – saprofüüttaimedest ja saprofaagloomadest. Saprofüüte esindavad peamiselt bakterid ja seened, kuid nende hulgast võib leida ka kõrgemad taimed mis on sekundaarse kohanemisena kaotanud klorofülli. Sellised on näiteks orhideed.
5. Erinevad elukeskkonnad
Enamiku Maal elu tekkimist uurivate autorite arvates oli evolutsiooniliselt esmane elukeskkond veekeskkond. Leiame sellele seisukohale üsna palju kaudseid kinnitusi. Esiteks ei ole enamik organisme võimelised aktiivseks eluks ilma vee kehasse sattumiseta või vähemalt kehas teatud vedelikusisalduseta.
Võib-olla peamine eristav omadus veekeskkond on selle suhteline konservatiivsus. Näiteks veekeskkonna hooajaliste või ööpäevaste temperatuurikõikumiste amplituud on palju väiksem kui maa-õhu keskkonnas. Põhja topograafia, tingimuste erinevused erinevatel sügavustel, korallriffide olemasolu jne. luua veekeskkonnas mitmesuguseid tingimusi.
Veekeskkonna omadused tulenevad vee füüsikalistest ja keemilistest omadustest. Seega on vee kõrgel tihedusel ja viskoossusel suur keskkonnaalane tähtsus. Vee erikaal on võrreldav elusorganismide keha omaga. Vee tihedus on ligikaudu 1000 korda suurem kui õhu tihedus. Seetõttu kohtuvad veeorganismid (eriti aktiivselt liikuvad). suur jõud hüdrodünaamiline takistus. Sel põhjusel läks paljude veeloomade rühmade areng kehakujude ja liikumisviiside kujunemise suunas, mis vähendavad takistust, mis toob kaasa ujumise energiakulude vähenemise. Seega on voolujooneline kehakuju erinevate vees elavate organismirühmade esindajatel - delfiinidel (imetajatel), luu- ja kõhrekaladel.
Vee suur tihedus on ka põhjus, miks mehaaniline vibratsioon levib veekeskkonnas hästi. See oli oluline meeleelundite, ruumilise orientatsiooni ja veeelanike vahelise suhtluse arengus. Heli kiirus veekeskkonnas, neli korda suurem kui õhus, määrab kajalokatsioonisignaalide kõrgema sageduse.
Veekeskkonna suure tiheduse tõttu jäävad selle asukad ilma maapealsetele vormidele omasest kohustuslikust ühendusest substraadiga, mis on seotud gravitatsioonijõududega. Seetõttu on veesambas “hõljuv” terve rühm veeorganisme (nii taimi kui loomi), kes eksisteerivad ilma kohustusliku ühenduseta põhja või muu substraadiga.
Elektrijuhtivus avas võimaluse elektriliste meeleorganite evolutsiooniliseks kujunemiseks, kaitseks ja rünnakuks.
Maa-õhu keskkonda iseloomustavad tohutult erinevad elutingimused, ökoloogilised nišid ja neid asustavad organismid.
Maa-õhkkeskkonna põhitunnusteks on keskkonnategurite muutuste suur amplituud, keskkonna heterogeensus, gravitatsioonijõudude toime ja madal õhutihedus. Teatud loodusvööndile iseloomulike füüsikalis-geograafiliste ja klimaatiliste tegurite kompleks viib organismide morfofüsioloogiliste kohanemiste evolutsioonilise kujunemiseni nendes tingimustes eluga, eluvormide mitmekesisusega.
Atmosfääriõhku iseloomustab madal ja muutlik õhuniiskus. See asjaolu piiras suuresti (piiras) maa-õhu keskkonna valdamise võimalusi ning suunas ka vee-soola ainevahetuse ja hingamiselundite struktuuri arengut.
Muld on elusorganismide tegevuse tulemus.
Mulla oluliseks tunnuseks on ka teatud koguse orgaanilise aine olemasolu. See moodustub organismide surma tagajärjel ja on osa nende väljaheidetest (sekretsioonidest).
Mullaelupaiga tingimused määravad mulla sellised omadused nagu selle aeratsioon (st küllastumine õhuga), niiskus (niiskuse olemasolu), soojusmahtuvus ja soojusrežiim (päevased, hooajalised, aastased temperatuurikõikumised). Soojusrežiim, võrreldes maa-õhu keskkonnaga, on konservatiivsem, eriti suurtel sügavustel. Üldiselt on pinnas üsna stabiilsete elutingimustega.
Vertikaalsed erinevused on iseloomulikud ka teistele mullaomadustele, näiteks valguse läbitungimine sõltub loomulikult sügavusest.
Mullaorganisme iseloomustavad konkreetsed elundid ja liikumisviisid (imetajatel jäsemete urgumine; keha paksuse muutmise võime; teatud liikidel spetsiaalsete peakapslite olemasolu); kehakuju (ümmargune, vulkaaniline, ussikujuline); vastupidavad ja painduvad katted; silmade vähenemine ja pigmentide kadumine. Mullaelanike seas on saprofaagia laialt arenenud - teiste loomade surnukehade, mädanenud jäänuste jms söömine.
Järeldus
Ühe keskkonnateguri väljumine miinimum- (lävi) või maksimaalsest (äärmuslikest) väärtustest (liigile iseloomulik taluvusvöönd) ähvardab organismi surma isegi muude tegurite optimaalse kombinatsiooni korral. Näiteks: hapnikuatmosfääri ilmumine, jääaeg, põud, rõhumuutused sukeldujate tõusmisel jne.
Iga keskkonnategur mõjutab erinevat tüüpi organisme erinevalt: mõne jaoks võib optimaalne olla teiste jaoks pessimum.
Maa pinnal olevad organismid puutuvad kokku energiavooga, peamiselt päikeseenergiaga, aga ka kosmiliste kehade pikalainelise soojuskiirgusega. Mõlemad tegurid määravad keskkonna kliimatingimused (temperatuur, vee aurustumise kiirus, õhu ja vee liikumine).
Temperatuur on kõige olulisem keskkonnategur. Temperatuuril on tohutu mõju organismide elutegevuse paljudele aspektidele, nende leviku geograafiale, paljunemisele ja teistele organismide bioloogilistele omadustele, mis sõltuvad peamiselt temperatuurist.
Oluline keskkonnategur on õhu käes kuivatamine. Eriti maismaaorganismide jaoks on õhu kuivatav toime suur tähtsus.
Kuigi õhuniiskus on temperatuurist väiksem, on see siiski üks peamisi keskkonnategureid. Suurema osa eluslooduse ajaloost esindasid orgaanilist maailma eranditult veeorganismid.
Edaafilised tegurid hõlmavad kõiki mulla füüsikalisi ja keemilisi omadusi, mis võivad avaldada keskkonnamõju elusorganismidele. Nad mängivad olulist rolli nende organismide elus, mis on mullaga tihedalt seotud. Taimed on eriti sõltuvad edafilistest teguritest.
Kasutatud kirjanduse loetelu
1. Dedyu I.I. Ökoloogiline entsüklopeediline sõnastik. - Chişinău: ITU kirjastus, 1990. - 406 lk.
2. Novikov G.A. Üldökoloogia ja looduskaitse alused. - L.: Kirjastus Leningr. Ülikool, 1979. - 352 lk.
3. Radkevitš V.A. Ökoloogia. - Minsk: Kõrgkool, 1983. - 320 lk.
4. Reimers N.F. Ökoloogia: teooria, seadused, reeglid, põhimõtted ja hüpoteesid. -M.: Noor Venemaa, 1994. - 367 lk.
5. Ricklefs R. Üldökoloogia alused. - M.: Mir, 1979. - 424 lk.
6. Stepanovskikh A.S. Ökoloogia. - Kurgan: GIPP "Zauralye", 1997. - 616 lk.
7. Khristoforova N.K. Ökoloogia alused. - Vladivostok: Dalnauka, 1999. -517 lk.
VALGUS KUI ÖKOLOOGILINE TEGUR
Sissejuhatus
Elu Maal tekkis ja eksisteerib tänu päikesevalguse kiirgavale energiale. Kui meie planeedil poleks atmosfääri, mis Päikese energiat ainult osaliselt edastab maa pind, siis keskpäeval langeks maakera pinnale 8,37 J 1 cm2 kohta minutis. Seda kogust nimetatakse päikesekonstant ja määratakse väljaspool atmosfääri tehtud mõõtmiste põhjal, kasutades rakettidele paigaldatud instrumente.
Ürginimese tuli, autode mootorites põlev õli, kosmoseraketi kütus – kõik see on valgusenergia, mille on kunagi talletanud taimed ja loomad. Kui päikesevool peatub, sajab Maale vedela lämmastiku ja hapniku sadu. Temperatuurid lähenevad absoluutsele nullile. Maapinna katab seitsmemeetrine külmunud atmosfäärigaaside kest. Ainult mõnikord leiate selles jäises kõrbes vedela heeliumi lompe.
Valgus toob Maale rohkem kui lihtsalt energiat. Tänu valgusvoole tajume ja mõistame meid ümbritsevat maailma. Valguskiired räägivad meile lähedal asuvate ja kaugemate objektide asukohast, kujust ja värvist.
Valgus, mida võimendatakse optiliste instrumentide abil, avab inimesele kaks maailma, mis on mastaapselt polaarsed: tohutu ulatusega kosmiline maailm ja mikroskoopiline maailm, kus elavad tillukesed palja silmaga eristamatud organismid.
Kui suur Itaalia teadlane G. Galileo suunas oma ehitatud teleskoobi taevasse, avastas ta tohutute, võrreldamatute ulatustega maailma. Võrreldes Jupiteri satelliitide liikumist, mida ta jälgis teleskoobiga, planeetide liikumisega, veendus Galileo eksperimentaalselt Koperniku ennustatud maailma "süsteemi" õigsuses. Tal õnnestus näha Veenuse faase ja eristada üksikuid tähti Linnutee.
Tänapäeval on ehitatud täiustatud teleskoobid, mille kaudu on näha tähti, mis helendavad miljon korda nõrgemalt kui palja silmaga nähtavad tähed; on leitud viise, kuidas valgusvoo olemuse järgi välja selgitada, millised keemilised elemendid sisalduvad kiirgavas kehas, milline on selle temperatuur, magnetväli ja kiirus.
Selgub, et tähevalgus sisaldab andmeid tähe ehituse, kosmilise aine koostise ja palju muu kohta, millega valgus kokku puutus. Lagutades teleskoobi kogutud valguse üksikuteks komponentideks, dešifreerisid astronoomid erinevat valguslainele salvestatud informatsiooni ning avastasid kosmosest varem kui maistes laborites kaks keemilist elementi – päikeseheeliumi ja tähetehneetsiumi. On tuvastatud tähelepanuväärne fakt. Selgus, et täheaine koosneb täpselt samadest aatomitest nagu maise aine.
Kaugete täheparvede - galaktikate - kiiratava valguse koostise analüüs viis ootamatu avastuseni: galaktikad "hajuvad" üksteisest väga suure kiirusega ja see tähendab meie universumi paisumist!
Peaaegu 50 aastat pärast Galileo esimesi astronoomilisi avastusi vaatas hollandlane A. Leeuwenhoek läbi enda tehtud mikroskoopide veepiiska ja avastas hämmastava mikroskoopilise maailma.
Peaaegu 300 aastat pärast Leeuwenhoeki avastamist on valguslainet kasutatud kõige väiksemate palja silmaga nähtamatute objektide uurimiseks. Selle aja jooksul mõistsid teadlased bakterite ja rohelise aine – klorofülli – tähtsust eluks, tõestasid elusorganismide rakulist struktuuri, avastasid viirused, lõid terveid teaduste sektsioone, mida võib julgelt nimetada mikroskoopilisteks, näiteks rakuteadus – tsütoloogia. .
Loomulikult võlgneme valguse mitte ainult tungimise eest kosmilisse ja mikroskoopilisse maailma. Üldse mitte vähem väärtust valguskiire ja muudes inimtegevuse valdkondades. Optilised instrumendid, isegi kui need on paigaldatud kõrgel lendavale lennukile, määravad merepinnale valgunud õli tüübi. Kirurgi käes muutub laserkiir kergeks skalpelliks, mis sobib võrkkesta keerulisteks operatsioonideks. Sama tala lõikab metallurgiatehases massiivseid metallilehti ja riidetehases kangaid. Valguskiir edastab sõnumeid ning juhib peenelt ja delikaatselt keemilisi reaktsioone.
Mis on valgus
Valgus on elektromagnetiline kiirgus, silmale nähtamatu. Valgus muutub nähtavaks, kui see puudutab pinda. Värvid moodustuvad erineva pikkusega lainetest. Kõik värvid koos moodustavad valge valguse. Kui valguskiir murdub läbi prisma või veetilga, muutub nähtavaks kogu värvide spekter, näiteks vikerkaar. Silm tajub ulatust nn. nähtav valgus, 380–780 nm, millest kaugemale jäävad ultraviolett (UV) ja infrapuna (IR) valgus.
Silm on hästi kohanenud looduses leiduvate suurte valguse variatsioonidega, näiteks kuuvalgus = 1 luks, ere päike = 100 000 luksi. Kunstvalgustusega peame tavaliselt leppima väiksemate kõikumistega, näiteks üldvalgustusega ca. 1 - 200 luksi, töövalgustus 200 - 2000 luksi (kontorivalgustuse puhul on soovitatav vähemalt 500 luksi).
Nägemine põhineb valgusel, silm on uudishimulik, otsib valgust, et näha. Kogu teabest saame 80% silmade kaudu. Seetõttu võime öelda, et valgus jutustab alati millestki. Ruumi sisenedes liigub meie pilk valguse juhtimisel selle ümber ning see räägib meile ruumist, selle kujunditest, värvidest, arhitektuurist, interjöörist, dekoratsioonidest jne. Hea valgustuse korral on seda silmale lihtne ja meeldiv näha.
Nägemise seisukohalt on valguse kvalitatiivsed omadused sageli olulisemad kui kvantitatiivsed. Valguse kvalitatiivsed omadused: ei pimesta - otsene peegeldus - kaudne peegeldus = sära - hea värvide reprodutseerimine - hiilgav kontrast - õige värvitemperatuur - mittepeegeldav valgus.
Pimestamise osas võime rääkida headest ja halbadest sviitidest. Näiteks autoga sõites on meie enda esitulede valgus “hea luks”, sest see aitab meil näha, aga vastutuleva auto esitulede valgus on “halb luks”, kuna see segab meie nägemist (pimestab). Pimestamine ei sõltu otseselt valguse hulgast, vaid pindade erinevast heledusest, näiteks eredast valgustusest tumedal pinnal. Kaudne peegeldus tekib siis, kui valgus on suunatud vales suunas. Ajakirja lugemist võib takistada näiteks pimestamine, mis põhjustab selle asendit valguse suuna suhtes.
Värvide taasesitamise astet iseloomustab Ra indeks. Hõõglampide Ra-indeks, mis hõlmab ka halogeenlampe, on 100. Hõõglambi spekter, nagu ka päikesevalguse oma, on pidev. Luminofoorlambi värviedastus erineb sõltuvalt kvaliteedist. Kvaliteetsete luminofoorlampide Ra-indeks on 90. Parima gaaslahenduslambi, metallhalogeniidi, Ra-indeks ületab 80. Hea värviedastus on hädavajalik näiteks inimeste valgustamisel, särav kunstiteos vms.
Värvustemperatuuri väljendatakse Kelvin K. Looduses varieerub värvitemperatuur olenevalt kellaajast: hommikune ja õhtune koit võib olla väga soe, näiteks 2500 K ja keskpäevane taevas võib olla näiteks väga külm (sinakas). , 8000 K. Koduvalgustuses kasutatakse neid Tavaliselt on valgusallikateks soojad toonid, 2700 - 3000 K. Töökohtades kasutatakse veidi jahedamaid toone, 3000 - 4000 K.
Näiteid värvitemperatuuridest: tavaline hõõglamp u. 2700 K, halogeen u. 3000 K, luminofoorlambid 2700 - 8800 K. Värvitemperatuuri valikul on oluline mõju ruumi atmosfäärile. Kui ühes ruumis põlevad üheaegselt näiteks erineva värvitemperatuuriga valgusallikad, on tulemuseks kaootiline mulje. Hämaras kasutatakse soojemaid toone, tugevas valguses jahedamaid toone, nagu looduses.
Valgus kui keskkonnategur
Valgus on üks olulisemaid abiootilisi tegureid. Päike kiirgab kosmosesse tohutul hulgal kiirgusenergiat. 42% kogu langevast kiirgusest (33% + 9%) peegeldub atmosfäär avakosmosesse, 15% neeldub atmosfääri paksuses ja kuumeneb, vaid 43% jõuab maapinnale. See osa kiirgusest koosneb otsesest kiirgusest (27%) - peaaegu paralleelsed kiirtest, mis tulevad otse päikeselt ja kannavad suurimat energiakoormust, (16%) - kiirtest, mis saabuvad maapinnale kõigist taeva punktidest ja on hajutatud õhumolekulide poolt. gaasid, veeauru tilgad, jääkristallid, tolmuosakesed ja ka pilvedelt alla peegelduvad. Otsese ja hajutatud kiirguse kogusummat nimetatakse kogukiirguseks.
Valgus toimib organismide jaoks ühelt poolt esmase energiaallikana, ilma milleta on elu võimatu, ja teisest küljest on valguse otsene mõju protoplasmale organismile saatuslik. Seega on selle probleemi lahendamisega seotud palju morfoloogilisi ja käitumuslikke tunnuseid. Biosfääri kui terviku evolutsioon oli suunatud peamiselt sissetuleva päikesekiirguse “taltsutamisele”, selle kasulike komponentide kasutamisele ja kahjulike nõrgestamisele või nende eest kaitsmisele. Järelikult ei ole valgus mitte ainult oluline tegur, vaid ka piirav tegur, nii minimaalsel kui ka maksimaalsel tasemel. Sellest hetkest alates pole ükski tegur ökoloogidele nii huvitav kui valgus!
Maa atmosfääri tungiva päikeseenergia hulgas Nähtav valgus moodustab umbes 50% energiast, ülejäänud 50% on termilised infrapunakiired ja umbes 1% ultraviolettkiired.
Nähtavad kiired (“päikesevalgus”) koosnevad erinevat värvi ja erineva lainepikkusega kiirtest.
Organismide elus ei ole olulised mitte ainult nähtavad kiired, vaid ka muud liiki kiirgusenergia, ultraviolett-, infrapunakiired, elektromagnetilised (eriti raadiolained) ja mõned muud kiirgused, mis jõuavad maapinnani.
Valguse mõju inimesele
Kõik teavad, et päikesevalguse jõud on nii suur, et suudab kontrollida looduse tsükleid ja inimese biorütme. Valgus on tegelikult seotud meie emotsioonidega, mugavuse, turvatunde, aga ka ärevuse ja rahutusega. Kuid paljudes kaasaegse elu valdkondades ei pöörata valgusele vajalikku tähelepanu.
Küsimusele, mis on elus kõige tähtsam, vastab enamik inimesi tervisele. Kui tervisliku toitumise, fitnessi ja keskkonnateemasid käsitletakse laialdaselt ajalehtede, ajakirjade ja veebilehtede lehekülgedel, siis õige ja tervisliku kajastamise küsimusi ei käsitleta üldse. Valgustuse tuntuimad aspektid on UV-kiirguse mõju suvel, samuti selle võime võidelda talvemasenduse ja mõnede nahahaigustega. Muid valgustusküsimusi arutatakse vaid kitsas professionaalide ringis ja enamik inimesi ei mõtle valguse mõju avaratele võimalustele meie füüsilisele ja moraalsele seisundile.
Valguse ja inimeste vahelised suhted on viimase 100 aasta jooksul industrialiseerimise tulekuga läbi teinud olulisi muutusi. Nüüd veedame suurema osa ajast siseruumides kunstliku valgusega. Paljud meie tervisele olulised loomuliku valguse spektri komponendid lähevad klaasi läbimisel kaotsi. Valgusterapeudi Alexander Wunschi sõnul on inimesed evolutsiooni jooksul kohanenud päikesekiirguse spektriga ja hea tervise tagamiseks peavad nad saama kogu spektri. Paljud inimesed kompenseerivad päikesevalguse puudumist pargis, rannas jalutades või rõdul lõõgastudes. Hooajalise häire mõju kirjeldas esmakordselt dr Norman Rosenthal. Hiljem viidi läbi eksperiment Norra elanike seas, kus öö kestab 49 päeva aastas. Sellistes tingimustes elavad inimesed tunnevad end sageli väsinuna, neil on raske ärgata ja tööle asuda ning paljud kannatavad depressiooni ja apaatia all. Päikese tagasituleku päeva tähistatakse aga “päikesepäeva” pühana ja seda tervitatakse rõõmupisaratega.
Vaatlused näitavad, et valgustuse ja mugavustunde vahel on konkreetne seos. Samuti näitavad need, et loomulik valgus on kõigi tavaliste tegevuste jaoks alati soodsam ja mugavam. Paljud arhitektuuriprojektid näitavad päevavalguse absoluutset hoolimatust. Akendeta büroo- ja ärihooned, milles inimesed veedavad palju tunde päikest nägemata ega saa aru, mis kellaaeg ja aasta väljas on. Suurendades päevavalguse tungimist kontoritesse, saate kokkuvõttes vähendada töötajate haigusest tingitud puudumiste arvu ja parandada tööõhkkonda kontoris.
Tasapisi on olukord valgustusaspektidega arhitektuuris paranemas, kuid ebapiisava kvaliteetse hariduse tõttu selles vallas ei arvesta paljud arhitektid valgustustööde ja planeerimise olulisust täielikult. Saksamaa Hildesheimi rakenduskõrgkooli professori Andreas Schulzi sõnul oleneb kõik arhitektist, samas ehitatakse valdav osa projekte ilma valgusdisaini spetsialisti kaasamata.
Kuna hoonete sees olev päevavalgus on inimeste vajaduste rahuldamiseks ebapiisav, on vaja seda puudujääki kompenseerida elektriallikatega. Kõik tehisvalgusallikad püüavad ühel või teisel kraadil päevavalgust imiteerida, mõned teevad seda väga hästi. Alexander Wunsch uuris erineva valguse mõju inimestele ja jõudis järeldusele, et igasugune kõrvalekalle loomuliku valguse spektrist võib kahjustada tervist. Selleteemalisi katseid on tehtud pikka aega, 1973. aastal uuris John Ott kahte lasterühma, kes õppisid akendeta ruumides. Ühes ruumis oli valgustus võimalikult loomulik, kasutades täisspektriga lampe, teises aga tavalisi luminofoorlampe. Seetõttu olid luminofoorlampidega ruumis õppivad lapsed algul hüperaktiivsed ja seejärel väga väsinud ja kaotasid keskendumisvõime, samuti täheldati vererõhu tõusu.
Alexander Wunsch katsetas hiljuti mitmeid kaasaegseid kunstlikke valgusallikaid bioloogiline mõju nende mõju inimesele võrreldes loomuliku valgusega. Professor jõudis järeldusele, et hõõglambi spekter on looduslikule kõige lähedasem.
Selliste uuringute tulemused on laiemale avalikkusele harva teada. Fakt on see, et enamik inimesi mõistab sellistest asjadest vähe. Lisaks hindavad erinevad kultuurid keskkonda ja selle kingitusi erinevalt. Enamikule meist on valgus meie elu nii tuttav kaaslane, et me ei mõtle selle erinevatele omadustele, mis meie elu moraalselt ja füüsiliselt mõjutavad. Nagu õhku, mida me ei märka, tajutakse valgust kui antud, kuni tunneme sellest puudust või ebamugavust, kui puutume kokku näiteks liiga ereda lambipirniga. Paljud inimesed ei mõista, et nad tunnevad töökohal väsimust halva valgustuse tõttu, kuna see pole alati ilmne.
Üldist kirjaoskamatust kvaliteetse valgustuse küsimustes arutavad professionaalid, sealhulgas arutledes traditsiooniliste hõõglampide keelustamise vajaduse üle. Praeguste energiasäästuprobleemide valguses ei talu traditsiooniline hõõglamp kriitikat ja kõik liigub selle kasutamise keelustamise poole. Kuid vähesed räägivad kompaktluminofoorlampide (energiasäästlike) lampide halbadest spektri- ja toksikoloogilistest näitajatest, mis peavad hõõglampe asendama. Selliste diskussioonide hulgas kõlab endiselt nende hääl, kes ei poolda mitte ainult energiaressursside säästmist, vaid räägivad ka inimeste tervisest ja elukvaliteedist.
Saksa valgustusdisainer Ingo Maurer ütleb: "Valgus on tunne ja tunne peab olema õige. Halb valgus teeb inimesed õnnetuks." Ingo Maureri sõnul on "Edisoni lambipirn tööstuse ja luule sümboliks." Miski ei saa sundida disainerit hõõglampide kasutamisest loobuma.
"Hõõglambiga ei saa palju raha teenida," ütleb Philipsi pressiesindaja Bern Glaser. Osrami esindaja kordab teda: "Fluorestsentslambid on ettevõtte jaoks palju tulusamad." Muidugi püüavad tootjad oma sissetulekuid suurendada ja majanduslikust seisukohast on see täiesti mõistetav. Kuid ikkagi reageerivad ettevõtted nõudlusele, mis tingib vajaduse tõhusamate toodete järele. Ja ainult meie soov saada paremat ja tervislikumat valgustust võib viia selliste valgusallikate tootmiseni masstootjate poolt. Kõik see aga ei kahanda tänapäevaste lampide ökonoomsemaid omadusi, mis on kordades paremad kui hõõglambil.
Igas projektis, olgu see siis korter, pood või kontor, määrab valgustus suuresti atmosfääri ja tunde, mida interjöör meile annab. Kuna valgusefekte tajutakse alateadlikult, ei ole me sageli teadlikud, kust see või teine tunne tuleb. Need, kes teadlikult valgust kasutavad, saavad endale tööriista mugavustunde simuleerimiseks, mis on eriti väärtuslik rõhuva atmosfääriga kohtades, näiteks tunnelites.
Paljud inimesed tunnevad tunnelis liikudes ebamugavust. Maailma ühes pikimas tunnelis, 24,5-kilomeetrises Laerdali tunnelis Bergeni ja Oslo vahel, kasutasid disainerid huvitavat lahendust. Disainer Eric Salmer jagas tunneli kolmeks osaks, mille lõpust leiab iga reisija Skandinaavia päikesetõusu meenutava valgustusega koopaseina imitatsioonid. Nii tekib tunne, et läbite kolm tunnelit, mitte ainult üks, ning pilt ilusast päikesetõusust on rahustav ja tekitab meeldivaid assotsiatsioone. Ülejäänud aladel kasutati tavapärast valgustusskeemi. Paljud ei suuda seletada loomuliku valguse nähtust, kuid mõju, mida tunneme, kui näeme imitatsioonimaali, töötab alati, sest see ahvatleb samadele tunnetele. Eric Salmeri sõnul: "Kõik olid rõõmsad ja keegi ei osanud seda loogiliselt seletada. See oli lihtsalt hämmastav atmosfäär."
Valgustusspetsialistid saavad tugineda paljudele eriteadmiste valdkondadele. Teadmisi valguse kohta saab omandada bioloogia, füüsika, meditsiini jt valdkondades. Mõnikord kohtuvad nende valdkondade spetsialistid konverentsidel, kuid sageli on neil raske üksteisele kasulik olla, kuna neil puudub ühine keel ja nad suhtlevad omavahel liiga vähe.
Üks ekspertide rühm töötab oma laborites uute valgusallikate väljatöötamisega, mis muutuvad väiksemaks ja tõhusamaks.
Teine rühm tegeleb uuenduste rakendamisega arhitektuuriprojektides.
Siiski on veel üks suur rühm, kes kogeb valgustuse kvaliteedi eeliseid ja puudusi vahetult – tarbijad.
Kui teadlased mõistavad valgust kui spetsiifilist lainepikkust, mida saab mõõta, siis disainerid ja arhitektid räägivad tajust ja psühholoogiast. Valgusdisaini tõhusaks ja kasulikuks arendamiseks on aga toodete ja interjööridega töötamisel vaja arvestada kõigi valdkondade teadmistega.
Valguse mõju loomadele
Nagu juba mainitud, ei saa elusloodus eksisteerida ilma valguseta, kuna Maa pinnale jõudev päikesekiirgus on praktiliselt ainuke energiaallikas planeedi soojusliku tasakaalu hoidmiseks, luues biosfääris orgaanilisi aineid, mis lõppkokkuvõttes tagab võimelise keskkonna kujunemise. kõigi elusolendite elutähtsate vajaduste rahuldamiseks.
Valides õigesti valgustusrežiimid, temperatuurid ja muud biorütmidele kõige paremini sobivad tegurid, saate ilma lisakuludeta oluliselt tõsta põllumajandusloomade ja -taimede elutegevust ja produktiivsust. Näiteks tänu päevavalguse pikenemisele kasvuhoonetes, kasvuhoonetes ja kasvuhoonetes talvel 12-15 tunnini kasvatatakse köögivilju ja ilutaimi ning kiireneb seemikute kasv ja areng. Fotoperioodi maksimeerimisega saate suurendada kanade, partide, hanede munatoodangut, reguleerida karusloomade sigimist karusloomafarmides, piimatoodangut ja suurte kasvu. veised.
Loodusliku valguse tegur mõjutab soodsalt loomade elu, nende kasvu ja produktiivsust. Valguse mõjul loomadel suureneb ensüümide aktiivsus, paraneb seedeorganite talitlus, suureneb valkude, rasvade ja mineraalainete ladestumine kudedesse.
Päikesevalgustus parandab vere bakteritsiidseid omadusi, nõrgestab ja hävitab mikroobide ja nende endi jääkaineid.
Tavaline loomulik valgus aitab tõsta looma vastupanuvõimet haigustele. Keskmistel andmetel aitab loomuliku valgustuse suurendamine veisepidamisruumides tõsta piima tootlikkust ligikaudu 5% ja kaalutõusu 10%. Õhtuse piimatoodangu suurem rasvasisaldus lehmapiimas (võrreldes hommikuse piimaga) on seotud valguse mõjuga.
Eriti tõhusalt mõjutab lehmade piimanäärmete talitlust samaaegne valgustugevuse suurendamine 100-300 luksi ja valgustuse kestuse suurendamine 12-20 tunnini päevas. See võimaldab talvekuudel tõsta piimatoodangut 10-20% ja vähendada söödakulusid.
Oskus päeva pikkust tajuda ja sellele reageerida on elusolendite maailmas laialt levinud. See tähendab, et elusorganismid on võimelised ajas navigeerima, s.t neil on bioloogiline kell. Teisisõnu, paljusid organisme iseloomustab võime tajuda päeva-, loodete-, kuu- ja aastatsükleid, mis võimaldab neil eelolevateks keskkonnamuutusteks valmistuda. Loodusliku valguse allikate puudumisel on loomulikud rütmid häiritud, mis põhjustab erineval määral negatiivseid tagajärgi.
Valguse mõju taimedele
Roheliste autotroofsete taimede jaoks on valgus üks olulisemaid elutegureid, kuna see annab neile fotosünteesiks vajaliku kiirgusenergia, st osaleb kasvuks ja arenguks vajalike orgaaniliste ainete moodustumisel.
Lisaks on valgusel otsene mõju kasvule, paljudele rakkude ja kudede diferentseerumisprotsessidele ning elundite moodustumisele endale. Taimede elutegevuse seisukohalt on oluline, et fotosünteesi käigus tekiksid nad rohkem aineid, kui on vaja hingamiskulude katmiseks, s.t tekib positiivne ainete bilanss, ilma milleta pole mõeldav taime kasv ja olemasolu: Kuidas ja millistel tingimustel tekib ainete positiivne bilanss, see probleem on keskkonnauuringute objektiks. Põllumajanduse või metsandusega tegelejaid huvitab saagikus, see tähendab fotosünteesi enda tootlikkus.
Ja ökoloog peab uurima ja mõistma fütotsenooside erineva produktiivsuse põhjuseid (tulenevalt erinevast valgustugevusest) erinevates tingimustes. Lisaks on väga oluline küsimus, kuidas assimilaadid jagunevad, kuidas taim ise ja fütotsenoosis tervikuna neid kasutab, st kuidas valgus mõjutab taimestiku produktiivsust. Vastupidiselt soojusele ja veele jaotub valgus enam-vähem ühtlaselt ehk Maal pole praktiliselt ühtegi tsooni, kus taimede kasv ei oleks valguse puudumise tõttu võimalik.
Kui polaaraladel, kus valitsevad pikad ööd, pole taimi üldse või on nende kasv väga raskendatud, siis selle põhjuseks ei ole valguse puudus, vaid eelkõige ebasoodsad temperatuuritingimused. Seetõttu mängib valgus taimestiku tsoonideks ja alamtsoonideks jagamisel alluvat rolli.
Kuid selle tähtsus on eriti suur taimede levikul väikestel aladel, elupaikades, see tähendab koosluse struktuuri määramisel. Kui võrrelda päikeseliste ja varjuliste elupaikade taimestikku, siis nende erinevused on tingitud eelkõige valgustingimustest, kuigi siin on oluline roll ka termilisel ja veerežiimil.
Valguse mõju teistele organismidele
Valguskiirgus ei ole võimeline avaldama surmavat (surmavat) mõju kõigile elusorganismidele. Surmavat toimet kõrgelt organiseeritud hulkrakulistele organismidele (linnud, imetajad jne) tegelikes annustes valgusega kiiritamisel praktiliselt ei täheldata. Valguskiirgus suurtes annustes avaldab surmavat mõju peamiselt viirustele ja üherakulistele organismidele (mikroobid, bakterid ja algloomad). Rakusurma põhjuseks on mitmekordse paljunemisvõime kaotus. Seetõttu on kõige tavalisem letaalsuse test rakkude kolooniate moodustamise võime kaotus.
Järeldus
Olles uurinud teadlaste töid ja täiendavat kirjandust valguse kohta, võib teha järgmised järeldused:
1. Valgus on elektromagnetkiirgus, silmale nähtamatu.
2. Valgus on abiootiline tegur, millel on elusorganismile nii kasulik kui ka ebasoodne mõju.
3. Valgus mõjutab inimeste füüsilist ja psühholoogilist tervist, loomade tervist ja produktiivsust, taimede produktiivsust ja ökosüsteemi produktiivsust üldiselt.
4. Valgus suurtes annustes on mikroorganismidele kahjulik.
Sellest õppetükist saate teada keskkonnategurite klassifikatsiooni ja abiootiliste teguritega: temperatuur ja valgus. Uurige, millised kohanemised tekivad taimedes ja loomades vajadusest ellu jääda madalal või kõrgel temperatuuril, tutvuge selliste ökoloogiliste loomarühmadega nagu psührofiilid, termofiilid ja mesofiilid. Lisaks saad teada valguse lainepikkuse tähtsusest taimede elus, kiirguse kestuse ja intensiivsuse mõjust elusorganismide levikule ja elutsüklitele. Uurige, kuidas päikesevalgus võib meie elu veel mõjutada.
Täna räägime abiootilistest teguritest, mis mõjutavad ökosüsteemide elusorganisme (joonis 1).
Skeem 1. Keskkonnategurid
Abiootilised tegurid- elutu looduse tegurid.
Näiteks temperatuur, niiskus ja valgustus.
Biootilised tegurid Need on eluslooduse tegurid.
Näiteks kiskjate tegevus või lämmastikku siduvate bakterite töö.
Biootilised ja abiootilised tegurid on omavahel väga tihedalt seotud. Näiteks puitvormide kasv aitab kaasa valgustuse vähenemisele (vt videot).
Antropogeensed tegurid- nähtused ja protsessid, mille määrab inimtegevus.
Kõige olulisemad abiootilised tegurid on: temperatuur, niiskus, valgus ja keskkonna keemiline koostis.
Temperatuur määrab elusolendite kehas toimuvate biokeemiliste reaktsioonide kiiruse.
Organisme, mis suudavad hoida püsivat kehatemperatuuri, nimetatakse soojavereline. Nimetatakse teisi organisme, mille temperatuur sõltub keskkonna temperatuurist külmavereline. Nii esimene kui ka teine võivad eksisteerida ainult teatud temperatuuripiirides (joonis 1).
Riis. 1. Soojavereline (koer) ja külmavereline (konn) loom
Madala temperatuuriga piirkondades eksisteerivaid üksikisikuid ja kooslusi nimetatakse psührofiilid(nad armastavad külma) (vaata videot).
Nende hulka kuuluvad tundra kooslused, mäetipud ja jää, Arktika ja Antarktika biotsenoosid. Psührofiilid võivad elada miinustemperatuuridel ja harva eksisteerivad temperatuuril üle +10 o C.
Organismid, mis elavad kõrge temperatuur, kutsus termofiilid(neile meeldib soojus). Neid leidub ekvatoriaalsetes ja troopilistes metsades, nad ei talu jahtumist alla +10 o C ning võivad eksisteerida temperatuuril +40 o C ja kõrgemal (vt videot). Äärmuslikud termofiilid elavad temperatuuril üle +100 o C.
Keskmist temperatuuri (+10 kuni +30 o C) eelistavaid üksikisikuid ja kooslusi nimetatakse nn. mesofiilid. Sina ja mina ja paljud teised olendid Maal oleme mesofiilid.
Loomad on välja töötanud kohandused, et võidelda hüpotermia ja ülekuumenemisega. Näiteks talve saabudes satuvad ebastabiilse kehatemperatuuriga taimed ja loomad puhkeolekusse ( anabioos).
Peatatud animatsiooni ainevahetuse kiirus väheneb. Talveks valmistudes ladestub nende loomade kudedesse palju rasva ja süsivesikuid, rakkudes väheneb vee hulk ning rakkude tsütoplasmasse kogunevad suhkrud ja glütserool, mis takistab külmumist. Talvivate organismide külmakindlus suureneb.
Kuumal hooajal, vastupidi, aktiveeruvad füsioloogilised mehhanismid, mis kaitsevad keha ülekuumenemise eest. Taimedel suureneb aurustumine pinnalt ja vee transpiratsioon läbi stoomide, samal ajal kui lehtede pind jahtub. Loomadel suureneb aurustumise intensiivsus läbi higinäärmete.
Järgmine elusorganismide jaoks oluline tegur on valgustus. Elusolendeid mõjutavad vastuvõetud valguse lainepikkus, kiirguse kestus ja kiirguse intensiivsus.
Taimed vajavad valgustust, sest see määrab kerge faas fotosünteesi protsess.
Loomade puhul määrab valgustatus nägemisvõime (valguses või pimedas), kehapinna kuumenemise ning mitmed olulised biokeemilised ja füsioloogilised reaktsioonid, mis on seotud igapäevase tsükliga.
Päeva heledate ja pimedate perioodide muutumine - perioodilisus- määrab loomade ja taimede igapäevase aktiivsuse (vt videot).
Olenevalt tegevusajast on loomad, kellel öö, päeval Ja hämarus eluviis.
Pealegi päevaraha, on näiteks suuremaid tsükleid hooajaline või iga-aastane.
Maad tabava päikesevalguse võib jagada kolmeks osaks:
Nähtav valgus- oluline igapäevase elustiili jaoks, reguleerib biokeemilisi ja füsioloogilisi protsesse.
Infrapuna valgus- määrab organismide pinna kuumenemise.
Ultraviolettvalgus- määrab kiirgusest sõltuvad protsessid, tapab mikroorganisme, kahjustab ensüümsüsteeme.
Nagu eespool nägite, saab elusolendeid valguse suhtes jagada rühmadesse. See jagunemine on taimedes rohkem väljendunud (vt videot). Seoses valgustusega on kolm liigirühma:
KOOS tuult armastavtaimed kasvavad avatud aladel, liigse otsese päikesevalguse tingimustes.
Varju armastavad taimed eelistavad varjulisi elupaiku.
Varju taluvtaimed Nad elavad nii hästi valgustatud kui ka hämaras kohas.
Lindude jäsemed, nagu teate, on külma eest halvasti kaitstud. Teised soojaverelised organismid seda endale lubada ei saa, kuna jalgade vere jahutamine kahjustab siseorganeid, mis jalgades jahutatud verd vastu võtavad. Kuid linnud on kohanenud ühelt poolt mitte soojendama oma jäsemeid, teisalt aga hoidma siseorganeid peseva vere temperatuuri.
Lindude jalgades on arterid ja veenid otseses kontaktis, mille tulemusena soe veri, soojeneb arterites, jahtub venoosne veri, suundub südame poole. Kuna veretemperatuur jalgades ja kehas erineb kümnete kraadide võrra, siis lisaenergiat selle peale ei raisata (vt videot).
Elu keevas vees
On teada, et temperatuuril üle +60 o C valgud denatureerivad ja organismid hukkuvad. Sellel nähtusel põhineb tööstuslik pastöriseerimisprotsess. Kuid hiljuti avastati ainulaadsed elusolendite kooslused, kes elavad veealuste geisrite rennides temperatuuril üle +100 o C (joonis 2).
Selgus, et nende valgud säilitavad oma kvaternaarse struktuuri, st nad ei denatureru kõrgel temperatuuril. Selliste mittedenatureerivate valkude ainulaadne järjestus töötati välja paljude sajandite jooksul kuumaveeallikates.
Riis. 2. Termofiilsete organismide veealused kooslused
Mitmevärvilised vetikad
Vetikate värvuse erinevus on seletatav nende kohanemisvõimega kasutada fotosünteesi käigus valgusspektri erinevatest osadest pärit valgust.
Spektrikomponendid tungivad veesambasse erineva sügavusega, punased kiired tungivad ainult ülemistesse kihtidesse, sinised aga palju sügavamale. Klorofülli toimimiseks on vajalik spektri punase ja sinise osa kiirgus (joonis 3).
Seetõttu leidub rohevetikaid tavaliselt vaid mitme meetri sügavusel.
Kollakasrohelises valguses fotosünteesi teostava pigmendi olemasolu võimaldab pruunvetikatel elada kuni 200 m sügavusel.
Punavetika pigmendid kasutavad rohelist ja sinist valgust, mistõttu elavad punavetikad kuni 270 m sügavusel.
Riis. 3. Vetikate levik veesambas erinevate fotosünteetiliste pigmentide olemasolu tõttu. Rohevetikad elavad pinnal kuni 10 m sügavusel, pruunvetikad kuni 200 m sügavusel ja punavetikad 270 m sügavusel või rohkemgi.
Nii saite tuttavaks abiootiliste keskkonnateguritega – temperatuuri ja valgusega, aga ka nende tähtsusega elusolendite elus.
Bibliograafia
- A.A. Kamensky, E.A. Kriksunov, V.V. Mesinik. Üldine bioloogia, 10-11 klass. - M.: Bustard, 2005. Lae õpik alla lingilt: ()
- D.K. Beljajev. Bioloogia 10-11 klass. Üldine bioloogia. Põhitase. - 11. trükk, stereotüüpne. - M.: Haridus, 2012. - 304 lk. ()
- V.B. Zahharov, S.G. Mamontov, N.I. Sonin, E.T. Zahharova. Bioloogia 11. klass. Üldine bioloogia. Profiili tase. - 5. trükk, stereotüüpne. - M.: Bustard, 2010. - 388 lk. ()
- Kuidas on fotosünteetiliste pigmentide koostis vetikates seotud nende levikuga?
- Kas keevas vees on elu võimalik? Milliseid seadmeid selleks vaja on?
- Arutage sõpradega, kuidas saaksite praktikas kasutada teadmisi abiootiliste tegurite mõjust elusorganismidele.
Temperatuur on kõige olulisem keskkonnategur. Temperatuuril on tohutu mõju organismide elutegevuse paljudele aspektidele, nende leviku geograafiale, paljunemisele ja teistele organismide bioloogilistele omadustele, mis sõltuvad peamiselt temperatuurist. Vahemik, s.t. Temperatuuripiirid, milles elu võib eksisteerida, on vahemikus -200 °C kuni +100 °C ja mõnikord on leitud, et kuumaveeallikates, mille temperatuur on 250 °C, leidub baktereid. Tegelikkuses suudab enamik organisme ellu jääda veelgi kitsamas temperatuurivahemikus.
Teatud tüüpi mikroorganismid, peamiselt bakterid ja vetikad, on võimelised elama ja paljunema kuumaveeallikates keemistemperatuurile lähedasel temperatuuril. Kuumaveeallika bakterite temperatuuri ülempiir on umbes 90°C. Temperatuuri muutlikkus on keskkonna seisukohalt väga oluline.
Iga liik on võimeline elama ainult teatud temperatuurivahemikus, nn maksimaalse ja minimaalse surmava temperatuuri piires. Peale nende kriitiliste temperatuuride äärmuste, külma või kuumuse, toimub organismi surm. Kusagil nende vahel on optimaalne temperatuur, mille juures on aktiivne kõigi organismide, elusaine kui terviku elutegevus.
Lähtuvalt organismide taluvusest temperatuuritingimuste suhtes jagatakse need eurütermilisteks ja stenotermilisteks, s.o. suudab taluda temperatuurikõikumisi laiades või kitsastes piirides. Näiteks samblikud ja paljud bakterid võivad elada erinevatel temperatuuridel või orhideed ja teised troopiliste vööndite soojust armastavad taimed on stenotermilised.
Mõned loomad suudavad hoida püsivat kehatemperatuuri sõltumata ümbritsevast temperatuurist. Selliseid organisme nimetatakse homöotermilisteks. Teiste loomade kehatemperatuur varieerub sõltuvalt ümbritsevast temperatuurist. Neid nimetatakse poikilotermilisteks. Sõltuvalt organismide temperatuuritingimustega kohanemise meetodist jagatakse nad kahte ökoloogiliseks rühmaks: krüofüllid - organismid, mis on kohanenud külma, madala temperatuuriga; termofiilid – ehk soojust armastavad.
Alleni reegel– ökogeograafiline reegel, mille kehtestas D. Allen 1877. aastal. Selle reegli kohaselt on sarnase elustiiliga homöotermiliste (soojavereliste) loomade hulgast külmemas kliimas elavatel loomadel suhteliselt väiksemad väljaulatuvad kehaosad: kõrvad, jalad, sabad jne.
Väljaulatuvate kehaosade vähendamine toob kaasa keha suhtelise pinna vähenemise ja aitab säästa soojust.
Selle reegli näide on Canine perekonna esindajad erinevad piirkonnad. Selle perekonna väikseimad (kehapikkuse suhtes) kõrvad ja vähem piklik koon on polaarrebasel (piirkond: Arktika) ning suurimad kõrvad ja kitsas piklik koon on fenneki rebasel (piirkond: Sahara).
See reegel kehtib ka inimpopulatsioonide kohta: kõige lühem (keha suuruse suhtes) nina, käed ja jalad on iseloomulikud eskimo-aleuudi rahvastele (eskimod, inuiidid), kõige pikemad käed ja jalad on karusnahadel ja tutsidel.
Bergmani reegel- ökogeograafiline reegel, mille sõnastas 1847. aastal saksa bioloog Karl Bergmann. Reegel ütleb, et sarnaste homöotermiliste (soojavereliste) loomade seas on suurimad need, kes elavad külmemas kliimas – kõrgetel laiuskraadidel või mägedes. Kui on lähisuguluses liike (näiteks sama perekonna liike), kes oma toitumisharjumuste ja elustiili poolest oluliselt ei erine, siis suuremaid liike leidub ka raskemas (külmas) kliimas.
Reegel põhineb eeldusel, et endotermiliste liikide kogusoojuse produktsioon sõltub keha mahust ja soojusülekande kiirus selle pindalast. Organismide suuruse kasvades kasvab keha maht kiiremini kui selle pind. Seda reeglit testiti esmakordselt eksperimentaalselt erineva suurusega koertel. Selgus, et väikeste koerte soojustoodang on suurem massiühiku kohta, kuid olenemata suurusest jääb see pinnaühiku kohta peaaegu muutumatuks.
Tõepoolest, Bergmanni reegel on sageli täidetud nii sama liigi kui ka lähedaste liikide seas. Näiteks amuuri vorm tiiger koos Kaug-Ida suurem kui Indoneesiast pärit Sumatran. Põhjahundi alamliigid on keskmiselt suuremad kui lõunapoolsed. Karu perekonna lähedastest liikidest elavad suurimad põhjapoolsetel laiuskraadidel ( jääkaru, pruunkarud umbes. Kodiak) ja väikseimaid liike (näiteks prillkaru) leidub sooja kliimaga piirkondades.
Samas kritiseeriti seda reeglit sageli; märgiti, et ei saa olla üldine, kuna imetajate ja lindude suurust mõjutavad peale temperatuuri ka paljud muud tegurid. Lisaks toimub populatsiooni ja liigi tasandil kohandumine karmi kliimaga sageli mitte keha suuruse muutumise, vaid siseorganite suuruse muutumise (südame ja kopsude suuruse suurenemise) või biokeemiliste kohanemiste kaudu. Seda kriitikat arvesse võttes tuleb rõhutada, et Bergmani reegel on oma olemuselt statistiline ja avaldab oma mõju selgelt, kui kõik muud asjad on võrdsed.
Tõepoolest, sellest reeglist on palju erandeid. Seega on Wrangeli polaarsaarelt teada kõige väiksem villase mammuti rass; paljud metsahundi alamliigid on suuremad kui tundrahundid (näiteks Kenai poolsaarelt väljasurnud alamliik; oletatakse, et nende suur suurus võib anda neile huntidele eelise poolsaarel asustavate suurte põtrade küttimisel). Amuuril elav Kaug-Ida leopardi alamliik on oluliselt väiksem kui Aafrika oma. Toodud näidetes erinevad võrreldavad vormid elustiililt (saarte ja mandripopulatsioonid; tundra alamliigid, toituvad väiksemast saagist ja metsa alamliigid, toituvad suuremast saagist).
Inimeste suhtes kehtib reegel teatud määral (näiteks pügmeede hõimud ilmusid ilmselt korduvalt ja iseseisvalt erinevatesse troopilise kliimaga piirkondadesse); erinevused kohalikes toitumisharjumustes ja tavades, ränne ja populatsioonidevaheline geneetiline triiv seavad aga selle reegli kohaldatavuse piirid.
Glogeri reegel on see, et homöotermiliste (soojavereliste) loomade sugulasvormide (sama liigi erinevad rassid või alamliigid, sugulasliigid) hulgas on soojas ja niiskes kliimas elavad loomad heledamat värvi kui külmas ja kuivas kliimas elavad loomad. Asutatud 1833. aastal Poola ja Saksa ornitoloogi Konstantin Glogeri (Gloger C. W. L.; 1803-1863) poolt.
Näiteks enamik kõrbe linnuliike on värvilt tuhmimad kui nende lähistroopilistest ja troopilistest metsadest pärit sugulased. Glogeri reeglit saab seletada nii kamuflaaži kaalutlustega kui ka kliimatingimuste mõjuga pigmentide sünteesile. Teatud määral kehtib Glogeri reegel ka hüpokilotermiliste (külmavereliste) loomade, eelkõige putukate kohta.
Niiskus kui keskkonnategur
Algselt olid kõik veeorganismid. Olles vallutanud maa, ei kaotanud nad sõltuvust veest. Vesi on kõigi elusorganismide lahutamatu osa. Niiskus on veeauru hulk õhus. Ilma niiskuseta ega veeta pole elu.
Niiskus on parameeter, mis iseloomustab veeauru sisaldust õhus. Absoluutne niiskus on veeauru hulk õhus ja sõltub temperatuurist ja rõhust. Seda kogust nimetatakse suhteliseks niiskuseks (st õhus oleva veeauru ja küllastunud auru koguse suhe teatud temperatuuri- ja rõhutingimustel).
Looduses on igapäevane niiskuse rütm. Niiskus kõigub vertikaalselt ja horisontaalselt. See tegur koos valguse ja temperatuuriga mängib suurt rolli organismide aktiivsuse ja nende leviku reguleerimisel. Niiskus muudab ka temperatuuri mõju.
Oluline keskkonnategur on õhu käes kuivatamine. Eriti maismaaorganismide jaoks on õhu kuivatav toime suur tähtsus. Loomad kohanevad, liikudes kaitstud kohtadesse ja elades öösel aktiivset eluviisi.
Taimed imavad mullast vett ja peaaegu kõik (97-99%) aurustub läbi lehtede. Seda protsessi nimetatakse transpiratsiooniks. Aurustumine jahutab lehti. Tänu aurustamisele transporditakse ioonid läbi pinnase juurteni, ioonid transporditakse rakkude vahel jne.
Teatud kogus niiskust on maismaaorganismide jaoks hädavajalik. Paljud neist nõuavad normaalseks toimimiseks 100% suhtelist õhuniiskust ja vastupidi, normaalses olekus organism ei saa absoluutselt kuivas õhus pikka aega elada, sest kaotab pidevalt vett. Vesi on elusaine oluline osa. Seetõttu põhjustab teatud koguse vee kaotus surma.
Kuivas kliimas asuvad taimed kohanevad morfoloogiliste muutuste ja vegetatiivsete organite, eriti lehtede vähenemise kaudu.
Kohanevad ka maismaaloomad. Paljud neist joovad vett, teised imavad seda läbi keha vedeliku või auruna. Näiteks enamik kahepaikseid, mõned putukad ja lestad. Enamik kõrbeloomi ei joo kunagi, nad rahuldavad oma vajadused toiduga varustatud veest. Teised loomad saavad vett rasvade oksüdatsiooni käigus.
Vesi on elusorganismidele hädavajalik. Seetõttu levivad organismid vastavalt vajadustele kogu oma elupaigas: veeorganismid elavad pidevalt vees; hüdrofüüdid võivad elada ainult väga niiskes keskkonnas.
Ökoloogilise valentsuse seisukohalt kuuluvad hüdrofüüdid ja hügrofüüdid stenogüüride rühma. Niiskus mõjutab suuresti organismide elutalitlust, näiteks oli 70% suhteline õhuniiskus väga soodne emaste rändtirtsude põldküpseks ja sigimiseks. Edukalt paljundatuna põhjustavad nad paljudes riikides põllukultuuridele tohutut majanduslikku kahju.
Organismide leviku ökoloogiliseks hindamiseks kasutatakse kliima kuivuse indikaatorit. Kuivus toimib organismide ökoloogilise klassifikatsiooni valikulise tegurina.
Seega jaotatakse organismiliigid olenevalt kohaliku kliima niiskusomadustest ökoloogilistesse rühmadesse:
1. Hüdatofüüdid on veetaimed.
2. Hüdrofüüdid on maismaa-veetaimed.
3. Hügrofüüdid - kõrge õhuniiskuse tingimustes elavad maismaataimed.
4. Mesofüüdid on taimed, mis kasvavad keskmise niiskusega
5. Kserofüüdid on taimed, mis kasvavad ebapiisava niiskusega. Need omakorda jagunevad: sukulendid - mahlakad taimed (kaktused); sklerofüüdid on kitsaste ja väikeste lehtedega taimed, mis on rullitud torudesse. Samuti jagunevad nad eukserofüütideks ja stüpakserofüütideks. Eukserofüüdid on stepitaimed. Stüpakserofüüdid on ahtalehise murukõrreliste rühm (sulehein, aruhein, tonkonogo jt). Mesofüüdid jagunevad omakorda ka mesohügrofüütideks, mesokserofüütideks jne.
Kuigi õhuniiskus on temperatuurist väiksem, on see siiski üks peamisi keskkonnategureid. Suurema osa eluslooduse ajaloost esindasid orgaanilist maailma eranditult veeorganismid. Enamiku elusolendite lahutamatu osa on vesi ja peaaegu kõik neist vajavad sugurakkude paljunemiseks või sulandumiseks veekeskkonda. Maismaaloomad on sunnitud oma kehas viljastamiseks looma kunstliku veekeskkonna ja see viib viimase sisemise muutumiseni.
Niiskus on veeauru hulk õhus. Seda saab väljendada grammides kuupmeetri kohta.
Valgus kui keskkonnategur. Valguse roll organismide elus
Valgus on üks energia vorme. Vastavalt termodünaamika esimesele seadusele ehk energia jäävuse seadusele võib energia muutuda ühest vormist teise. Selle seaduse kohaselt on organismid termodünaamiline süsteem, mis vahetab pidevalt keskkonnaga energiat ja ainet. Maa pinnal olevad organismid puutuvad kokku energiavooga, peamiselt päikeseenergiaga, aga ka kosmiliste kehade pikalainelise soojuskiirgusega.
Mõlemad tegurid määravad keskkonna kliimatingimused (temperatuur, vee aurustumise kiirus, õhu ja vee liikumine). Kosmosest langeb biosfääri päikesevalgus energiaga 2 cal. 1 cm 2 võrra 1 minutiga. See on nn päikesekonstant. See atmosfääri läbiv valgus on nõrgenenud ja selgel keskpäeval ei jõua Maa pinnale rohkem kui 67% selle energiast, s.t. 1,34 cal. cm 2 kohta 1 min. Pilvekatet, vett ja taimestikku läbides nõrgeneb päikesevalgus veelgi ning energia jaotus selles spektri eri osades muutub oluliselt.
Päikesevalguse ja kosmilise kiirguse nõrgenemise määr sõltub valguse lainepikkusest (sagedusest). Ultraviolettkiirgus lainepikkusega alla 0,3 mikroni peaaegu ei läbi osoonikihti (umbes 25 km kõrgusel). Selline kiirgus on ohtlik elusorganismile, eriti protoplasmale.
Eluslooduses on valgus ainuke energiaallikas, kõik taimed peale bakterite fotosünteesivad, s.t. sünteesivad anorgaanilistest ainetest orgaanilisi aineid (s.o. veest, mineraalsooladest ja CO-Eluslooduses on valgus ainuke energiaallikas, kõik taimed peale bakterite 2 - kasutades kiirgusenergiat assimilatsiooniprotsessis). Kõik organismid sõltuvad toitumise osas maismaa fotosünteetilistest organismidest, s.t. klorofülli kandvad taimed.
Valgus kui keskkonnategur jaguneb ultraviolettkiirguseks, mille lainepikkus on 0,40–0,75 mikronit, ja infrapunakiirguseks, mille lainepikkus on nendest suurustest suurem.
Nende tegurite toime sõltub organismide omadustest. Iga organismitüüp on kohanenud teatud valguse lainepikkusega. Teatud tüüpi organismid on kohanenud ultraviolettkiirgusega, teised aga infrapunakiirgusega.
Mõned organismid suudavad eristada lainepikkusi. Neil on erilised valguse tajumise süsteemid ja värvinägemine, millel on nende elus suur tähtsus. Paljud putukad on tundlikud lühilainelise kiirguse suhtes, mida inimene ei taju. Koid tajuvad ultraviolettkiiri hästi. Mesilased ja linnud määravad täpselt oma asukoha ja navigeerida maastikul isegi öösel.
Organismid reageerivad tugevalt ka valguse intensiivsusele. Nende omaduste põhjal jagatakse taimed kolme ökoloogilise rühma:
1. Valguslembesed, päikest armastavad ehk heliofüüdid – mis on võimelised normaalselt arenema ainult päikesekiirte all.
2. Varju armastavad taimed ehk sciofüüdid on metsade madalama astme taimed ja süvamere taimed, näiteks maikellukesed jt.
Valguse intensiivsuse vähenemisel aeglustub ka fotosüntees. Kõikidel elusorganismidel on lävi tundlikkus valguse intensiivsuse ja ka muude keskkonnategurite suhtes. Erinevatel organismidel on keskkonnategurite suhtes erinev lävitundlikkus. Näiteks intensiivne valgus pärsib Drosophila kärbeste arengut, põhjustades isegi nende surma. Prussakad ja teised putukad ei armasta valgust. Enamikus fotosünteesivates taimedes on vähese valguse intensiivsuse korral valkude süntees pärsitud, loomadel aga biosünteesi protsessid.
3. Varjutaluvad või fakultatiivsed heliofüüdid. Taimed, mis kasvavad hästi nii varjus kui valguses. Loomadel nimetatakse neid organismide omadusi valgust armastavateks (fotofiilideks), varju armastavateks (fotofoobideks), eurüfoobseteks – stenofoobseteks.
Keskkonnavalents
elusorganismi kohanemisvõime aste keskkonnatingimuste muutustega. E.v. esindab liigiomadust. Seda väljendatakse kvantitatiivselt keskkonnamuutuste ulatusega, mille raames antud liik säilitab normaalse elutegevuse. E.v. võib käsitleda nii seoses liigi reaktsiooniga üksikutele keskkonnateguritele kui ka seoses tegurite kompleksiga.
Esimesel juhul tähistatakse liike, mis taluvad mõjuteguri tugevuse suuri muutusi, terminiga, mis koosneb selle teguri nimest koos eesliitega "eury" (eurythermal - seoses temperatuuri mõjuga, eurihaliin - seoses soolsusele, euribateerne - sügavuse suhtes jne); liike, mis on kohanenud ainult selle teguri väikeste muutustega, tähistatakse sarnase terminiga eesliitega "steno" (stenotermiline, stenohaline jne). Liigid laia E. v. Seoses tegurite kompleksiga nimetatakse neid euribiontideks (vt Eurybionts), erinevalt stenobiontidest (vt stenobiontid), millel on madal kohanemisvõime. Kuna eurübiontilisus võimaldab asustada mitmesuguseid elupaiku ja stenobiootilisus kitsendab järsult liigile sobivate elupaikade ulatust, nimetatakse neid kahte rühma sageli vastavalt eurü- või stenotoopiliseks.
Euribiondid, loomad ja taimeorganismid, mis on võimeline eksisteerima keskkonnatingimuste oluliste muutuste korral. Näiteks mere rannikuvööndi elanikud taluvad mõõna ajal regulaarset kuivamist, suvel tugevat kuumenemist ning talvel jahtumist ja mõnikord külmumist (eurütermilised loomad); Jõesuudmete asukad peavad sellele vastu. vee soolsuse kõikumised (eurühaliiniloomad); hulk loomi eksisteerib laias hüdrostaatilise rõhu vahemikus (eurübaadid). Paljud parasvöötme laiuskraadide maismaaelanikud taluvad suuri hooajalisi temperatuurikõikumisi.
Liigi eurübiontismi suurendab võime taluda ebasoodsaid tingimusi anabioosi seisundis (paljud bakterid, paljude taimede eosed ja seemned, täiskasvanud mitmeaastased taimed külmad ja parasvöötme laiuskraadid, mageveekäsnade ja sammalloomade talvituvad pungad, haruliste koorikloomade munad, täiskasvanud tardigrade ja mõned rotiferid jne) või talveunestus (mõned imetajad).
TŠETVERIKOVI Reegel, Reeglina esindavad Kromi sõnul looduses igat tüüpi elusorganisme mitte üksikud isoleeritud isendid, vaid üksikisikute-populatsioonide (mõnikord väga suurte) arvude agregaatide kujul. Kasvatanud S. S. Chetverikov (1903).
Vaade- see on ajalooliselt väljakujunenud isendite populatsioonide kogum, mis on morfofüsioloogiliste omaduste poolest sarnased ja on võimelised üksteisega vabalt ristuma ja tootma viljakaid järglasi, hõivates teatud ala. Igat tüüpi elusorganisme saab kirjeldada kogumiga iseloomulikud tunnused, omadused, mida nimetatakse liigi tunnusteks. Liigi tunnuseid, mille järgi saab üht liiki teisest eristada, nimetatakse liigikriteeriumideks.
Kõige sagedamini kasutatakse vormi seitset üldkriteeriumi:
1. Konkreetne organisatsiooni tüüp: agregaat iseloomulikud tunnused, mis võimaldab eristada teatud liigi isendeid teise liigi isenditest.
2. Geograafiline kindlus: liigi isendite olemasolu maakera kindlas kohas; levila – ala, kus antud liigi isendid elavad.
3. Ökoloogiline kindlus: liigi isendid elavad teatud füüsikaliste keskkonnategurite väärtuste vahemikus, nagu temperatuur, niiskus, rõhk jne.
4. Eristumine: liik koosneb väiksematest isendite rühmadest.
5. Diskreetsus: antud liigi isendid eraldatakse teise isenditest lünka – pausiga.Hiaatuse määrab isoleerivate mehhanismide toime, nagu lahknevused paljunemise ajastuses, spetsiifiliste käitumisreaktsioonide kasutamine, hübriidide steriilsus , jne.
6. Reprodutseeritavus: isendite paljunemine võib toimuda aseksuaalselt (muutuse aste on väike) ja suguliselt (muutuse aste on suur, kuna igas organismis on ühendatud isa ja ema omadused).
7. Teatud arvude tase: arvud läbivad perioodilisi (elulaineid) ja mitteperioodilisi muutusi.
Mis tahes liigi isendid on ruumis jaotunud äärmiselt ebaühtlaselt. Näiteks kõrvenõgest leidub oma levila piires ainult niisketes, varjulistes ja viljaka pinnasega kohtades, moodustades tihnikuid jõgede, ojade lammidel, järvede ümbruses, soode servades, segametsades ja põõsastihnikutes. Metsaservadel, niitudel ja põldudel leidub euroopa muti kolooniaid, mis on selgelt nähtavad maa küngastel. Sobib eluks
Kuigi elupaiku leidub sageli levila piires, ei kata need kogu levila ning seetõttu selle liigi isendeid selle teistes osades ei leidu. Nõgest pole mõtet otsida männimetsast või mutti rabast.
Seega väljendub liigi ebaühtlane jaotus ruumis “tihedussaarte”, “kondensatsioonide” kujul. Selle liigi suhteliselt suure levikuga alad vahelduvad vähese arvukusega aladega. Selliseid iga liigi populatsiooni "tiheduskeskusi" nimetatakse populatsioonideks. Populatsioon on antud liigi isendite kogum, kes elab teatud ruumis (selle levila osa) pikka aega (suur hulk põlvkondi) ja on isoleeritud teistest sarnastest populatsioonidest.
Tasuta ületamine (panmixia) toimub praktiliselt elanikkonna piires. Teisisõnu, populatsioon on rühm indiviide, kes vabalt ühinevad, elavad teatud territooriumil pikka aega ja on teistest sarnastest rühmadest suhteliselt eraldatud. Liik on seega populatsioonide kogum ja populatsioon on struktuuriüksus lahke.
Erinevus populatsiooni ja liigi vahel:
1) eri populatsioonide isendid ristuvad üksteisega vabalt,
2) eri populatsioonide isendid erinevad üksteisest vähe,
3) kahe naaberpopulatsiooni vahel puudub lõhe, st nende vahel toimub järkjärguline üleminek.
Spetsifikatsiooniprotsess. Oletame, et antud liik hõivab teatud elupaiga, mis on määratud tema toitumismustriga. Indiviididevahelise lahknemise tulemusena levila suureneb. Uus elupaik hakkab sisaldama alasid, millel on erinevad toidutaimed, füüsikalised ja keemilised omadused jne. Elupaiga erinevatesse osadesse sattunud isendid moodustavad populatsioone. Tulevikus saab populatsioonide isendite järjest suurenevate erinevuste tulemusena üha selgemaks, et ühe populatsiooni isendid erinevad millegi poolest teise populatsiooni isenditest. Toimub rahvastiku lahknemise protsess. Igas neist kogunevad mutatsioonid.
Mis tahes liigi esindajad levila kohalikus osas moodustavad kohaliku populatsiooni. Elutingimustelt homogeensete elupaigaaladega seotud kohalike populatsioonide kogum moodustab ökoloogilise populatsiooni. Seega, kui liik elab niidul ja metsas, siis räägivad nad selle kummi- ja niidupopulatsioonidest. Populatsioonid liigi levilas, mis on seotud konkreetsega geograafilised piirid, nimetatakse geograafilisteks populatsioonideks.
Rahvastiku suurus ja piirid võivad dramaatiliselt muutuda. Massilise paljunemise puhangute ajal levib liik väga laialt ja tekivad hiidpopulatsioonid.
Stabiilsete omadustega geograafiliste populatsioonide kogumit, mis on võimeline ristama ja tootma viljakaid järglasi, nimetatakse alamliigiks. Darwin ütles, et uute liikide teke toimub läbi sortide (alamliikide).
Siiski tuleb meeles pidada, et looduses on sageli mõni element puudu.
Iga alamliigi isenditel esinevad mutatsioonid ei saa iseenesest viia uute liikide tekkeni. Põhjus peitub selles, et see mutatsioon liigub läbi kogu populatsiooni, kuna alamliigi isendid, nagu me teame, ei ole reproduktiivselt isoleeritud. Kui mutatsioon on kasulik, suurendab see populatsiooni heterosügootsust, kui see on kahjulik, lükatakse see valiku teel lihtsalt tagasi.
Pidevalt toimuva mutatsiooniprotsessi ja vaba ristumise tulemusena kuhjuvad mutatsioonid populatsioonides. I. I. Shmalhauseni teooria kohaselt luuakse päriliku muutlikkuse reserv, st valdav osa tekkivatest mutatsioonidest on retsessiivsed ega avaldu fenotüüpiliselt. Kui heterosügootses olekus on saavutatud mutatsioonide kõrge kontsentratsioon, muutub võimalikuks retsessiivseid geene kandvate isikute ristumine. Sel juhul tekivad homosügootsed isendid, kelle mutatsioonid avalduvad juba fenotüüpiliselt. Nendel juhtudel on mutatsioonid juba loodusliku valiku kontrolli all.
Kuid see ei ole veel spetsifikatsiooniprotsessi jaoks määrav, sest looduslikud populatsioonid on avatud ja neisse siseneb pidevalt võõraid geene naaberpopulatsioonidest.
Geenivoog on piisav, et säilitada kõigi kohalike populatsioonide geenifondide (kõikide genotüüpide kogu) suur sarnasus. Hinnanguliselt on geenivaramu täienemine võõrgeenide tõttu populatsioonis, mis koosneb 200 isendist, millest igaühes on 100 000 lookust, 100 korda suurem kui mutatsioonide tõttu. Selle tulemusena ei saa ükski populatsioon dramaatiliselt muutuda seni, kuni see on allutatud geenivoo normaliseerivale mõjule. Populatsiooni vastupidavust oma geneetilise koostise muutustele selektsiooni mõjul nimetatakse geneetiliseks homöostaasiks.
Populatsiooni geneetilise homöostaasi tulemusena on uue liigi teke väga raske. Veel üks tingimus peab olema täidetud! Nimelt on vaja isoleerida tütarpopulatsiooni genofond emapoolsest genofondist. Isolatsioon võib esineda kahel kujul: ruumiline ja ajaline. Ruumiline isolatsioon on tingitud mitmesugustest geograafilistest tõketest, nagu kõrbed, metsad, jõed, luited ja lammid. Kõige sagedamini tekib ruumiline isolatsioon pideva ulatuse järsu vähenemise ja selle lagunemise tõttu eraldi taskuteks või niššideks.
Sageli isoleerub elanikkond rände tagajärjel. Sel juhul tekib isoleeritud populatsioon. Kuna aga isendite arv isolaadipopulatsioonis on tavaliselt väike, siis tekib sugulusaretuse oht – sugulusaretusega kaasnev degeneratsioon. Ruumilisel isolatsioonil põhinevat eristumist nimetatakse geograafiliseks.
Ajutine isolatsioonivorm hõlmab muutusi paljunemise ajastuses ja nihkeid kogu elutsükli jooksul. Ajutisel isolatsioonil põhinevat eristumist nimetatakse ökoloogiliseks.
Mõlemal juhul on määrav uue, vanaga mitteühilduva geneetilise süsteemi loomine. Evolutsioon realiseerub spetsifikatsiooni kaudu, mistõttu nad ütlevad, et liik on elementaarne evolutsioonisüsteem. Populatsioon on elementaarne evolutsiooniline üksus!
Populatsioonide statistilised ja dünaamilised omadused.
Organismiliigid ei sisene biotsenoosi mitte isenditena, vaid populatsioonide või nende osadena. Populatsioon on liigi osa (koosneb sama liigi isenditest), mis võtab enda alla suhteliselt homogeense ruumi ning on võimeline isereguleeruma ja teatud arvu säilitama. Okupeeritud territooriumil jaguneb iga liik populatsioonideks.Kui arvestada keskkonnategurite mõju üksikorganismile, siis teatud faktori tasemel (näiteks temperatuur) uuritav isend kas jääb ellu või sureb. Pilt muutub, kui uurida sama teguri mõju sama liigi organismide rühmale.
Mõned isendid surevad või vähendavad oma elutähtsat aktiivsust ühel kindlal temperatuuril, teised - madalamal ja teised - kõrgemal. Seetõttu saame populatsioonile anda teise definitsiooni: kõik elusorganismid, et ellu jääda ja toota. järglased, peavad dünaamilistes keskkonnatingimustes eksisteerima tegurid rühmade või populatsioonide kujul, st. sarnase pärilikkusega vabaabielus elavate indiviidide kogum.Populatsiooni kõige olulisem tunnus on kogu territoorium, mida ta hõivab. Kuid populatsiooni sees võivad nad olla enam-vähem isoleeritud erinevatel põhjustel rühmad.
Seetõttu on raske anda populatsiooni ammendavat definitsiooni üksikute indiviidrühmade vaheliste ähmaste piiride tõttu. Iga liik koosneb ühest või mitmest populatsioonist ja populatsioon on seega liigi olemasolu vorm, selle väikseim arenev üksus. Populatsioonide jaoks erinevat tüüpi Isendite arvu vähendamisel on vastuvõetavad piirid, millest ületamisel muutub populatsiooni olemasolu võimatuks. Kirjanduses puuduvad täpsed andmed populatsiooni arvukuse kriitiliste väärtuste kohta. Antud väärtused on vastuolulised. Siiski on vaieldamatu tõsiasi, et mida väiksemad on isendid, seda kõrgemad on nende arvukuse kriitilised väärtused. Mikroorganismide puhul on see miljoneid isendeid, putukate puhul kümneid ja sadu tuhandeid ning suurte imetajate puhul mitukümmend.
Arv ei tohiks langeda alla piiri, mille ületamisel seksuaalpartnerite kohtumise tõenäosus järsult väheneb. Kriitiline arv sõltub ka muudest teguritest. Näiteks mõne organismi jaoks on spetsiifiline rühma elustiil (kolooniad, karjad, karjad). Populatsioonis olevad rühmad on suhteliselt isoleeritud. Võib esineda juhtumeid, kus populatsioon tervikuna on endiselt üsna suur ja üksikute rühmade arv väheneb alla kriitilise piiri.
Näiteks Peruu kormorani koloonias (rühmas) peaks olema vähemalt 10 tuhat isendit ja põhjapõdrakarjas 300–400 pead. Toimimismehhanismide mõistmiseks ja populatsioonide kasutamise probleemide lahendamiseks on oluline teave nende struktuuri kohta. Seal on soo, vanuse, territoriaalse ja muud tüüpi struktuurid. Teoreetilises ja rakenduslikus mõttes on kõige olulisemad andmed vanuselise struktuuri kohta - eri vanuses indiviidide (sageli rühmadesse kombineeritud) suhe.
Loomad on jagatud järgmistesse vanuserühmadesse:
Alaealiste rühm (lapsed) seniilrühm (seniilne rühm, paljunemisega mitte seotud)
Täiskasvanute rühm (sigimisega tegelevad isikud).
Tavaliselt iseloomustab normaalseid populatsioone suurim elujõulisus, kus kõik vanused on esindatud suhteliselt ühtlaselt. Regressiivses (ohustatud) populatsioonis domineerivad seniilsed isikud, mis viitab negatiivsete tegurite olemasolule, mis häirivad reproduktiivfunktsioone. Tahtis Kiireloomulised meetmed selle seisundi põhjuste väljaselgitamiseks ja kõrvaldamiseks. Sissetungivaid (invasiivseid) populatsioone esindavad peamiselt noored isendid. Nende elujõulisus tavaliselt muret ei tekita, kuid on suur tõenäosus liiga suure arvu isendite puhanguteks, kuna sellistes populatsioonides ei ole tekkinud troofilisi ja muid seoseid.
Eriti ohtlik on see siis, kui tegemist on varem piirkonnast puudunud liikide populatsiooniga. Sel juhul leiavad populatsioonid tavaliselt vabad ja hõivavad need ökoloogiline nišš ja realiseerida oma paljunemispotentsiaali, suurendades intensiivselt nende arvukust.Kui populatsioon on normaalses või normaalsele lähedases seisundis, saab inimene sealt eemaldada isendite arvu (loomadel) või biomassi (taimedel), mis aja jooksul suureneb. eemaldamiste vaheline aeg. Kõigepealt tuleks eemaldada produktiivses eas isikud (kes on paljunemise lõpetanud). Kui eesmärk on saada teatud toode, siis kohandatakse populatsioonide vanust, sugu ja muid omadusi ülesandega arvestades.
Taimekoosluste populatsioonide ekspluateerimine (näiteks puidu tootmiseks) on tavaliselt ajastatud nii, et see langeks kokku vanusega seotud kasvu aeglustumise (toodete akumulatsiooni) perioodiga. See periood langeb tavaliselt kokku puidumassi maksimaalse kuhjumisega pindalaühiku kohta. Populatsiooni iseloomustab ka teatud sugude suhe ning meeste ja naiste suhe ei võrdu 1:1-ga. On teada juhtumeid ühe või teise soo järsust ülekaalust, põlvkondade vaheldumisest isaste puudumisega. Igal populatsioonil võib olla ka keeruline ruumiline struktuur (jaotatud enam-vähem suurteks hierarhilisteks rühmadeks – geograafilisest elementaarseni (mikropopulatsioonid).
Seega, kui suremuskordaja ei sõltu isendite vanusest, siis on ellujäämiskõver kahanev joon (vt joonis, tüüp I). See tähendab, et üksikisikute surm toimub aastal seda tüüpiühtlaselt püsib suremus kogu elu jooksul muutumatuna. Selline ellujäämiskõver on omane liikidele, mille areng toimub ilma metamorfoosita sündiva järglase piisava stabiilsusega. Seda tüüpi nimetatakse tavaliselt hüdratüübiks – seda iseloomustab sirgele lähenev ellujäämiskõver. Liikide puhul, kelle suremuses on välistegurite roll väike, iseloomustab ellujäämiskõverat mõningane langus kuni teatud vanuseni, misjärel toimub loomuliku (füsioloogilise) suremuse tagajärjel järsk langus.
Pildil tüüp II. Sellele tüübile lähedane ellujäämiskõver on inimestele omane (kuigi inimese ellujäämiskõver on mõnevõrra lamedam ja jääb seega I ja II tüübi vahele). Seda tüüpi nimetatakse Drosophila tüübiks: see on see, mida äädikakärbsed laboritingimustes eksponeerivad (kiskjad ei söö). Paljusid liike iseloomustab kõrge suremus ontogeneesi varases staadiumis. Selliste liikide puhul iseloomustab ellujäämiskõverat nooremas eas järsk langus. Isikutel, kes elavad üle "kriitilise" vanuse, on madal suremus ja nad elavad vanema vanuseni. Seda tüüpi nimetatakse austritüübiks. Pildil tüüp III. Ellujäämiskõverate uurimine pakub ökoloogile suurt huvi. See võimaldab meil hinnata, millises vanuses on konkreetne liik kõige haavatavam. Kui sündimust või suremust muuta võivate põhjuste mõju avaldub kõige haavatavamas staadiumis, siis on nende mõju rahvastiku edasisele arengule suurim. Seda mustrit tuleb arvestada jahipidamise või kahjuritõrje korraldamisel.
Populatsioonide vanuse- ja soostruktuurid.
Iga elanikkonda iseloomustab teatud organisatsioon. Isendite jaotus territooriumil, isendite rühmade vahekord soo, vanuse, morfoloogiliste, füsioloogiliste, käitumuslike ja geneetiliste omaduste järgi peegeldab vastavat rahvastiku struktuur : ruumiline, sugu, vanus jne. Struktuur kujuneb ühelt poolt liigi üldiste bioloogiliste omaduste alusel, teisalt aga abiootiliste keskkonnategurite ja teiste liikide populatsioonide mõjul.
Rahvastiku struktuur on seega oma olemuselt adaptiivne. Sama liigi erinevatel populatsioonidel on nii sarnaseid tunnuseid kui ka eripärasid, mis iseloomustavad eripära keskkonnatingimused nende elupaikades.
Üldiselt moodustuvad teatud territooriumidel lisaks üksikute indiviidide kohanemisvõimetele ka populatsiooni kui indiviidideülese süsteemi grupikohanemise adaptiivsed tunnused, mis näitab, et populatsiooni kohanemisomadused on palju kõrgemad kui indiviididel. selle koostamine.
Vanuseline koostis– on oluline rahvastiku eksisteerimiseks. Keskmine kestus Organismide elukäiku ja erinevas vanuses isendite arvukuse (ehk biomassi) suhet iseloomustab populatsiooni vanuseline struktuur. Vanuselise struktuuri kujunemine toimub paljunemis- ja suremusprotsesside koosmõju tulemusena.
Igas populatsioonis eristatakse tavapäraselt 3 ökoloogilist vanuserühma:
Reproduktiivne;
Reproduktiivne;
Reproduktiivne.
Paljunemiseelsesse rühma kuuluvad isendid, kes ei ole veel paljunemisvõimelised. Reproduktiivne - paljunemisvõimelised isendid. Reproduktiivsed - isendid, kes on kaotanud paljunemisvõime. Nende perioodide kestus varieerub suuresti sõltuvalt organismi tüübist.
Soodsate tingimuste korral hõlmab elanikkond kõiki vanuserühmi ja säilitab enam-vähem stabiilse vanuselise koosseisu. Kiiresti kasvavates populatsioonides on ülekaalus noored isendid, kahanevas populatsioonis ei ole vanemad isendid enam võimelised intensiivselt paljunema. Sellised populatsioonid on ebaproduktiivsed ega ole piisavalt stabiilsed.
Seal on tüübid koos lihtne vanuseline struktuur populatsioonid, mis koosnevad peaaegu sama vanadest isenditest.
Näiteks on kõik ühe populatsiooni üheaastased taimed kevadel seemikute faasis, seejärel õitsevad peaaegu üheaegselt ja annavad seemneid sügisel.
Liikides koos keeruline vanuseline struktuur populatsioonides elab korraga mitu põlvkonda.
Näiteks elevantidel on olnud noori, küpseid ja vananevaid loomi.
Populatsioonid, mis hõlmavad paljusid põlvkondi (erinevatest vanuserühmadest), on stabiilsemad ja vähem vastuvõtlikud konkreetsel aastal paljunemist või suremust mõjutavate tegurite mõjule. Äärmuslikud tingimused võivad viia kõige haavatavamate vanuserühmade surmani, kuid kõige vastupidavamad jäävad ellu ja tekitavad uusi põlvkondi.
Näiteks peetakse inimest keerulise vanuselise struktuuriga bioloogiliseks liigiks. Liigi populatsioonide stabiilsust demonstreeriti näiteks Teise maailmasõja ajal.
Rahvastiku vanuseliste struktuuride uurimiseks kasutatakse graafilisi võtteid, näiteks rahvastiku vanusepüramiide, mida kasutatakse laialdaselt demograafilistes uuringutes (joonis 3.9).
Joon.3.9. Rahvastiku vanuse püramiidid.
A - massiline taastootmine, B - stabiilne populatsioon, C - kahanev rahvaarv
Liigipopulatsioonide stabiilsus sõltub suuresti sellest seksuaalne struktuur , st. eri soost isikute suhted. Seksuaalsed rühmad populatsioonide sees moodustuvad erinevate sugupoolte morfoloogia (keha kuju ja ehituse) ja ökoloogia erinevuste põhjal.
Näiteks mõnel putukatel on isastel tiivad, aga emastel mitte, osade imetajate isastel on sarved, aga emastel mitte, isaslindudel on sulestik hele, emastel aga kamuflaaž.
Ökoloogilised erinevused kajastuvad toidueelistustes (paljude sääskede emased imevad verd, isased aga toituvad nektarist).
Geneetiline mehhanism tagab sünnihetkel mõlemast soost isikute ligikaudu võrdse suhte. Esialgne suhe on aga meeste ja emaste füsioloogiliste, käitumuslike ja keskkonnaalaste erinevuste tõttu peagi häiritud, põhjustades ebaühtlase suremuse.
Populatsioonide vanuselise ja soolise struktuuri analüüs võimaldab ennustada selle arvukust mitmeks järgnevaks põlvkonnaks ja aastaks. See on oluline kalapüügi võimaluste hindamisel, loomade laskmisel, saagi päästmisel jaaniussirünnakute eest ja muudel juhtudel.
Keskkonnategurid on elusorganisme mõjutavate keskkonnatingimuste kompleks. Eristama elutud tegurid— abiootiline (klimaatiline, edafiline, orograafiline, hüdrograafiline, keemiline, pürogeenne), eluslooduse tegurid— biootilised (fütogeensed ja zoogeensed) ja antropogeensed tegurid (inimtegevuse mõju). Piiravate tegurite hulka kuuluvad kõik tegurid, mis piiravad organismide kasvu ja arengut. Organismi kohanemist oma keskkonnaga nimetatakse kohanemiseks. Organismi välisilmet, mis peegeldab tema kohanemisvõimet keskkonnatingimustega, nimetatakse eluvormiks.
Keskkonna keskkonnategurite mõiste, nende klassifikatsioon
Keskkonna üksikuid komponente, mis mõjutavad elusorganisme, millele nad reageerivad kohanemisreaktsioonidega (kohanemistega), nimetatakse keskkonnateguriteks ehk keskkonnateguriteks. Teisisõnu nimetatakse organismide elutegevust mõjutavate keskkonnatingimuste kompleksi keskkonna keskkonnategurid.
Kõik keskkonnategurid on jagatud rühmadesse:
1. hõlmavad elusorganisme otseselt või kaudselt mõjutavaid elutu looduse komponente ja nähtusi. Paljude abiootiliste tegurite hulgas peaosa mängida:
- klimaatiline (päikesekiirgus, valgus- ja valgustingimused, temperatuur, niiskus, sademed, tuul, atmosfäärirõhk jne);
- edafiline(pinnase mehaaniline ehitus ja keemiline koostis, niiskusmahtuvus, pinnase vee-, õhu- ja soojustingimused, happesus, niiskus, gaasi koostis, põhjavee tase jne);
- orograafiline(reljeef, nõlva eksponeerimine, nõlva järskus, kõrguste erinevus, kõrgus merepinnast);
- hüdrograafiline(vee läbipaistvus, voolavus, voolavus, temperatuur, happesus, gaasi koostis, mineraal- ja orgaaniliste ainete sisaldus jne);
- keemiline(atmosfääri gaasiline koostis, vee soolane koostis);
- pürogeenne(kokkupuude tulega).
2. - elusorganismide vaheliste suhete kogum, samuti nende vastastikune mõju elupaigale. Biootiliste tegurite mõju võib olla mitte ainult otsene, vaid ka kaudne, väljendudes abiootiliste tegurite korrigeerimises (näiteks muutused mulla koostises, metsavõra all olev mikrokliima jne). Biootiliste tegurite hulka kuuluvad:
- fütogeenne(taimede mõju üksteisele ja keskkonnale);
- zoogeenne(loomade mõju üksteisele ja keskkonnale).
3. peegeldavad inimeste (otseselt) või inimtegevuse (kaudselt) intensiivset mõju keskkonnale ja elusorganismidele. Sellised tegurid hõlmavad kõiki inimtegevuse ja inimühiskonna vorme, mis põhjustavad muutusi looduses teiste liikide elupaigana ja mõjutavad otseselt nende elu. Iga elusorganismi mõjutab elutu loodus, teiste liikide organismid, sealhulgas inimene, ja see omakorda mõjutab kõiki neid komponente.
Antropogeensete tegurite mõju looduses võib olla kas teadlik, juhuslik või teadvustamata. Inimene, kündes põld- ja kesamaid, loob põllumaad, aretab väga tootlikke ja haiguskindlaid vorme, levitab mõnda liiki ja hävitab teisi. Need (teadlikud) mõjud on sageli negatiivsed, näiteks paljude loomade, taimede, mikroorganismide mõtlematu ümberasustamine, paljude liikide röövellik hävitamine, keskkonna saastamine jne.
Biootilised keskkonnategurid avalduvad samasse kooslusse kuuluvate organismide suhete kaudu. Looduses on paljud liigid omavahel tihedalt seotud ning nende kui keskkonna komponentide omavahelised suhted võivad olla äärmiselt keerulised. Mis puudutab seoseid kogukonna ja ümbritseva anorgaanilise keskkonna vahel, siis need on alati kahesuunalised, vastastikused. Seega sõltub metsa iseloom vastavast mullatüübist, kuid muld ise kujuneb suures osas metsa mõjul. Samamoodi määrab metsas temperatuuri, niiskuse ja valguse taimestik, kuid valitsevad kliimatingimused mõjutavad omakorda metsas elavate organismide kooslust.
Keskkonnategurite mõju kehale
Keskkonna mõju tajuvad organismid keskkonnategurite kaudu nn keskkonna. Tuleb märkida, et keskkonnategur on vaid keskkonna muutuv element, mis põhjustab organismides, kui see uuesti muutub, adaptiivseid ökoloogilisi ja füsioloogilisi reaktsioone, mis on evolutsiooniprotsessis pärilikult fikseeritud. Need jagunevad abiootiliseks, biootiliseks ja inimtekkelisteks (joonis 1).
Nad nimetavad kogu anorgaanilise keskkonna tegurite kogumit, mis mõjutavad loomade ja taimede elu ja levikut. Nende hulgas on: füüsikalised, keemilised ja edafilised.
Füüsilised tegurid - need, mille allikaks on füüsiline olek või nähtus (mehaaniline, laineline jne). Näiteks temperatuur.
Keemilised tegurid- need, mis pärinevad keemiline koostis keskkond. Näiteks vee soolsus, hapnikusisaldus jne.
Edaafilised (või mulla) tegurid on muldade ja kivimite keemiliste, füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste kogum, mis mõjutab nii organisme, mille elupaigaks need on, kui ka taimede juurestikku. Näiteks toitainete, niiskuse, mulla struktuuri, huumusesisalduse jms mõju. taimede kasvu ja arengu kohta.
Riis. 1. Elupaiga (keskkonna) mõju skeem organismile
— looduskeskkonda mõjutavad inimtegevuse tegurid (hüdrosfäär, pinnase erosioon, metsade hävimine jne).
Piiravad (piiravad) keskkonnategurid Need on tegurid, mis piiravad organismide arengut toitainete puuduse või ülemäära tõttu, võrreldes vajadusega (optimaalne sisaldus).
Seega on erinevatel temperatuuridel taimede kasvatamisel maksimaalne kasv punkt optimaalne. Nimetatakse kogu temperatuurivahemik miinimumist maksimumini, mille juures kasv on veel võimalik stabiilsuse vahemik (vastupidavus), või sallivus. Seda piiravad punktid, s.o. eluks sobivad maksimum- ja miinimumtemperatuurid on stabiilsuse piirid. Optimaalse tsooni ja stabiilsuse piiride vahel, viimasele lähenedes, kogeb taim kasvavat stressi, s.t. me räägime stressitsoonide või rõhumise tsoonide kohta, stabiilsusvahemikus (joonis 2). Liikudes skaala optimaalsest allapoole ja ülespoole, stress mitte ainult ei intensiivistu, vaid keha vastupanuvõime piiride saavutamisel saabub ka tema surm.
Riis. 2. Keskkonnateguri toime sõltuvus selle intensiivsusest
Seega on iga taime- või loomaliigi jaoks iga keskkonnateguri suhtes oma optimum, stressitsoonid ja stabiilsuse (või vastupidavuse) piirid. Kui tegur on vastupidavuse piiride lähedal, saab organism tavaliselt eksisteerida vaid lühikest aega. Kitsamas tingimustes on isendite pikaajaline eksisteerimine ja kasvamine võimalik. Veelgi kitsamas levilas toimub paljunemine ja liik võib eksisteerida lõputult. Tavaliselt on kuskil vastupidavusvahemiku keskel tingimused, mis on eluks, kasvuks ja paljunemiseks kõige soodsamad. Neid tingimusi nimetatakse optimaalseteks, mille korral on antud liigi isendid kõige sobivamad, s.t. jätta kõige rohkem järeltulijaid. Praktikas on selliseid haigusseisundeid raske tuvastada, mistõttu optimumi määravad tavaliselt üksikud elutähtsad näitajad (kasvukiirus, elulemus jne).
Kohanemine seisneb keha kohandamises keskkonnatingimustega.
Kohanemisvõime on üldiselt elu üks peamisi omadusi, mis tagab selle olemasolu võimaluse, organismide ellujäämis- ja paljunemisvõime. Kohanemised avalduvad erinevatel tasanditel – alates rakkude biokeemiast ja üksikute organismide käitumisest kuni koosluste ja ökoloogiliste süsteemide ehituse ja toimimiseni. Kõik organismide kohanemised erinevates tingimustes eksisteerimiseks on ajalooliselt välja kujunenud. Selle tulemusena iga jaoks spetsiifiline geograafiline piirkond taimede ja loomade rühmad.
Kohandused võivad olla morfoloogiline, kui organismi struktuur muutub kuni uue liigi moodustumiseni ja füsioloogiline, kui keha talitluses toimuvad muutused. Morfoloogiliste kohanemistega tihedalt seotud on loomade adaptiivne värvus, võime seda valgusest sõltuvalt muuta (lest, kameeleon jne).
Laialt tuntud füsioloogilise kohanemise näited on loomade talvine talvitumine, lindude hooajaline ränne.
Organismide jaoks on väga olulised käitumuslikud kohandused. Näiteks instinktiivne käitumine määrab putukate ja madalamate selgroogsete tegevuse: kalad, kahepaiksed, roomajad, linnud jne. Selline käitumine on geneetiliselt programmeeritud ja päritud (kaasasündinud käitumine). See hõlmab: lindudele pesa ehitamise meetodit, paaritumist, järglaste kasvatamist jne.
Samuti on omandatud käsk, mille üksikisik saab oma elu jooksul. Haridus(või õppimine) - peamine viis omandatud käitumise ülekandmine ühelt põlvkonnalt teisele.
Inimese võime juhtida oma kognitiivseid võimeid, et ellu jääda ootamatute muutuste korral oma keskkonnas on intelligentsus.Õppimise ja intelligentsuse roll käitumises suureneb koos närvisüsteemi paranemisega – ajukoore suurenemisega. Inimeste jaoks on see evolutsiooni määrav mehhanism. Selle mõistega tähistatakse liikide võimet kohaneda teatud keskkonnateguritega liigi ökoloogiline müstika.
Keskkonnategurite koosmõju organismile
Keskkonnategurid ei toimi tavaliselt mitte ükshaaval, vaid kompleksselt. Ühe teguri mõju sõltub teiste mõju tugevusest. Erinevate tegurite koosmõjul on märgatav mõju organismi optimaalsetele elutingimustele (vt joonis 2). Ühe teguri tegevus ei asenda teise teguri toimet. Keskkonna kompleksse mõju juures võib aga sageli täheldada “asendusefekti”, mis väljendub erinevate tegurite mõju tulemuste sarnasuses. Seega ei saa valgust asendada liigse kuumuse ega süsihappegaasi rohkusega, kuid temperatuurimuutusi mõjutades on võimalik peatada näiteks taimede fotosüntees.
Keskkonna kompleksses mõjus mõju erinevaid tegureid organismide jaoks ebavõrdne. Neid saab jagada peamisteks, kaasnevateks ja sekundaarseteks. Juhtivad tegurid on erinevate organismide puhul erinevad, isegi kui nad elavad samas kohas. Juhtiva teguri rolli organismi erinevatel eluetappidel võib täita üks või teine keskkonnaelement. Näiteks paljude kultuurtaimede, nagu teravilja, elus on idanemisperioodil juhtivaks teguriks temperatuur, tõusu- ja õitsemisperioodil - mulla niiskus ning valmimisperioodil - toitainete hulk ja õhuniiskus. Juhtiva teguri roll võib erinevatel aastaaegadel muutuda.
Juhtiv tegur võib olla erinev sama liigi puhul, kes elab erinevates füüsilistes ja geograafilistes tingimustes.
Juhtivate tegurite mõistet ei tohiks segi ajada mõistega. Tegur, mille tase kvalitatiivses või kvantitatiivses mõttes (puudus või liig) osutub antud organismi vastupidavuse piiride lähedale, nimetatakse piiravaks. Piirava teguri mõju avaldub ka juhul, kui teised keskkonnategurid on soodsad või isegi optimaalsed. Nii juhtivad kui ka sekundaarsed keskkonnategurid võivad toimida piiravate teguritena.
Piiravate tegurite mõiste võttis 1840. aastal kasutusele keemik 10. Liebig. Uurides erinevate keemiliste elementide sisalduse mõju mullas taimede kasvule, sõnastas ta põhimõtte: "Minimaalses leiduv aine kontrollib saaki ning määrab selle suuruse ja stabiilsuse ajas." Seda põhimõtet tuntakse kui Liebigi miinimumi seadust.
Piiravaks teguriks ei saa olla ainult puudujääk, nagu märkis Liebig, vaid ka selliste tegurite liig nagu soojus, valgus ja vesi. Nagu varem märgitud, iseloomustavad organisme ökoloogilised miinimumid ja maksimumid. Nende kahe väärtuse vahelist vahemikku nimetatakse tavaliselt stabiilsuse või tolerantsi piiriks.
Üldiselt peegeldab keskkonnategurite mõju keerukust organismile V. Shelfordi tolerantsiseadus: heaolu puudumise või võimatuse määrab mõne teguri puudujääk või, vastupidi, mõne teguri liig. mille tase võib olla lähedal antud organismi talutavatele piiridele (1913). Neid kahte piiri nimetatakse tolerantsipiirideks.
“Tolerantsuse ökoloogia” kohta on tehtud mitmeid uuringuid, tänu millele on saanud teatavaks paljude taimede ja loomade olemasolu piirid. Selliseks näiteks on õhusaasteainete mõju inimorganismile (joonis 3).
Riis. 3. Õhusaasteainete mõju inimorganismile. Max - maksimaalne elutähtis aktiivsus; Täiendav - lubatud elutähtis aktiivsus; Opt – optimaalne (elutegevust mitte mõjutav) kontsentratsioon kahjulik aine; MPC on aine maksimaalne lubatud kontsentratsioon, mis ei muuda oluliselt elutegevust; Aastad – surmav kontsentratsioon
Mõjuteguri (kahjuliku aine) kontsentratsioon joonisel fig. 5.2 on tähistatud sümboliga C. Kontsentratsiooniväärtustel C = C aastat inimene sureb, kuid oluliselt madalamate väärtuste C = C MPC korral toimuvad tema kehas pöördumatud muutused. Järelikult on tolerantsi vahemik piiratud täpselt väärtusega C MPC = C piir. Seetõttu tuleb iga saasteaine või mis tahes kahjuliku aine C MPC katseliselt määrata keemiline ühend ja mitte lubada sellel konkreetses elupaigas (elukeskkonnas) ületada Cplc.
Keskkonna kaitsmisel on see oluline keha vastupanu ülemised piirid kahjulikele ainetele.
Seega ei tohiks saasteaine C tegelik kontsentratsioon ületada C suurimat lubatud kontsentratsiooni (C fact ≤ C suurim lubatud väärtus = C lim).
Piiravate tegurite (Clim) mõiste väärtus seisneb selles, et see annab ökoloogile õppimisel lähtepunkti raskeid olukordi. Kui organismile on omane laialdane taluvus mõne teguri suhtes, mis on suhteliselt konstantne ja seda leidub keskkonnas mõõdukates kogustes, siis tõenäoliselt ei ole selline tegur piirav. Vastupidi, kui on teada, et teatud organismil on mõne muutuva teguri suhtes kitsas taluvusvahemik, siis väärib see tegur hoolikat uurimist, kuna see võib olla piirav.