Temperatur des Lebensraums des Tieres. Ökologie. Wie hoch ist die Temperatur im Weltraum?

Die Temperatur ist ein wichtiger und oft limitierender Umweltfaktor. Die Verbreitung verschiedener Arten und Populationsgrößen hängen maßgeblich von der Temperatur ab. Was ist der Grund dafür und was sind die Gründe für diese Abhängigkeit?

Der im Universum gemessene Temperaturbereich beträgt tausend Grad, aber die Lebensraumgrenzen von Lebewesen auf der Erde sind viel enger: am häufigsten von - 200 ° C bis + 100 ° C. Die meisten Organismen haben einen viel engeren Temperaturbereich, wobei der größte Bereich bei den am schlechtesten organisierten Lebewesen, Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, zu finden ist. Bakterien haben die Fähigkeit, unter Bedingungen zu leben, unter denen andere Organismen sterben. So kommen sie in heißen Quellen bei Temperaturen von etwa 90 °C und sogar 250 °C vor, während die resistentesten Insekten absterben, wenn die Umgebungstemperatur 50 °C übersteigt. Die Existenz von Bakterien in einem weiten Temperaturbereich wird durch ihre Fähigkeit sichergestellt, sich in Formen wie Sporen umzuwandeln, die über starke Zellwände verfügen, die ungünstigen Umweltbedingungen standhalten können.

Der Toleranzbereich ist bei Landtieren im Allgemeinen größer als bei Wassertieren (Mikroorganismen nicht mitgerechnet). Temperaturschwankungen, zeitlich und räumlich, sind ein wichtiger Umweltfaktor. Lebende Organismen passen sich unterschiedlichen Temperaturbedingungen an; Einige können bei konstanten oder relativ konstanten Temperaturen leben, während andere besser an Temperaturschwankungen angepasst sind.

Der Einfluss des Temperaturfaktors auf Organismen beruht auf seiner Auswirkung auf die Stoffwechselrate. Wenn wir von der Van't-Hoff-Regel für chemische Reaktionen ausgehen, sollten wir den Schluss ziehen, dass eine Temperaturerhöhung zu einer proportionalen Steigerung der Geschwindigkeit biochemischer Stoffwechselprozesse führt. In lebenden Organismen hängt die Reaktionsgeschwindigkeit jedoch von der Aktivität von Enzymen ab, die ihr eigenes Temperaturoptimum haben. Die Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen hängt nichtlinear von der Temperatur ab. Angesichts der Vielfalt enzymatischer Reaktionen in Lebewesen sollte der Schluss gezogen werden, dass sich die Situation in lebenden Systemen erheblich von relativ einfachen chemischen Reaktionen (die in nicht lebenden Systemen auftreten) unterscheidet.

Bei der Analyse der Beziehungen zwischen Organismen und der Umgebungstemperatur werden alle Organismen in zwei Typen unterteilt: homöothermisch und poikilothermisch. Diese Einteilung gilt für die Tierwelt; manchmal werden Tiere unterteilt in warmblütig und kaltblütig.

Homöotherme Organismen haben eine konstante Temperatur und halten diese trotz Temperaturschwankungen in der Umgebung aufrecht. Im Gegensatz dazu verbrauchen poikilotherme Organismen keine Energie, um eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, und diese variiert je nach Umgebungstemperatur.

Diese Einteilung ist etwas willkürlich, da viele Organismen nicht absolut poikilotherm oder homöotherm sind. Viele Reptilien, Fische und Insekten (Bienen, Schmetterlinge, Libellen) können ihre Körpertemperatur über einen bestimmten Zeitraum regulieren, und bei Säugetieren wird die endotherme Regulierung der Körpertemperatur bei ungewöhnlich niedrigen Temperaturen geschwächt oder unterbrochen. Selbst bei so „klassischen“ homöothermen Tieren wie Säugetieren sinkt die Körpertemperatur während des Winterschlafs.

Trotz der bekannten Konvention, alle auf der Erde lebenden Organismen in diese beiden großen Gruppen einzuteilen, zeigt sich, dass es zwei strategische Optionen zur Anpassung an die Umgebungstemperaturbedingungen gibt. Sie haben sich im Laufe der Evolution entwickelt und unterscheiden sich erheblich in einer Reihe grundlegender Eigenschaften: in der Höhe und Stabilität der Körpertemperatur, in den Quellen thermischer Energie, in den Mechanismen der Thermoregulation.

Poikilotherme Tiere sind Ektothermen und haben eine relativ niedrige Stoffwechselrate. Die Körpertemperatur, die Geschwindigkeit physiologischer und biochemischer Prozesse sowie die allgemeine Aktivität hängen direkt von der Umgebungstemperatur ab. Anpassungen (Kompensationen) in poikilothermen Organismen erfolgen auf der Ebene von Stoffwechselprozessen: Die optimale Enzymaktivität entspricht dem Temperaturregime.

Die Poikilothermie-Strategie besteht darin, dass Organismen keine Energie für die aktive Thermoregulation verschwenden und eine Stabilität im Bereich der Durchschnittstemperaturen gewährleisten, die über einen längeren Zeitraum anhalten. Wenn die Temperaturparameter bestimmte Grenzen überschreiten, stellen Organismen ihre Aktivitäten ein. Anpassungen an wechselnde Temperaturen sind bei diesen Tieren besonderer Natur.

Homöotherme Organismen verfügen über einen Komplex von Anpassungen an sich ändernde Umgebungstemperaturbedingungen. Thermische Anpassungen sind mit der Aufrechterhaltung eines konstanten Niveaus der Körpertemperatur verbunden. Es geht darum, Energie zu gewinnen, um einen hohen Stoffwechsel zu gewährleisten. Die Intensität der letzteren ist bei ihnen um 1 - 2 Größenordnungen höher als bei Poikilothermen. Ihre physiologischen und biochemischen Prozesse laufen unter optimalen Temperaturbedingungen ab. Der Wärmehaushalt basiert auf der Nutzung der eigenen Wärmeproduktion, weshalb sie zu den endothermen Organismen gezählt werden. Das Nervensystem spielt eine regulierende Rolle bei der Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur.

Die Homöothermie-Strategie ist mit hohen Energiekosten zur Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur verbunden. Homöothermie ist charakteristisch für höhere Organismen. Dazu gehören zwei Klassen höherer Wirbeltiere: Vögel und Säugetiere. Die Entwicklung dieser Gruppen zielte darauf ab, die Abhängigkeit von externen Umweltfaktoren zu verringern, indem die Rolle zentraler Regulierungsmechanismen, insbesondere des Nervensystems, gestärkt wurde. Die meisten Arten lebender Organismen sind poikilotherm. Sie sind auf der Erde weit verbreitet und besetzen vielfältige ökologische Nischen.

Die Reaktion einer bestimmten Art auf die Temperatur ist nicht konstant und kann abhängig von der Zeit, in der sie der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, und einer Reihe anderer Bedingungen variieren. Mit anderen Worten: Der Körper kann sich an Temperaturänderungen anpassen. Wenn ein solches Gerät unter Laborbedingungen registriert wird, wird der Prozess normalerweise aufgerufen Akklimatisierung, wenn in natürlicher Form - Akklimatisierung. Der Unterschied zwischen diesen Begriffen liegt jedoch nicht im Ort der Registrierung der Reaktion, sondern in ihrem Wesen: Im ersten Fall sprechen wir von der sogenannten phänotypischen und im zweiten Fall von der genotypischen Anpassung, d.h. Anpassung auf genetischer Ebene Ebene. Wenn sich der Körper nicht an Temperaturveränderungen anpassen kann, stirbt er. Die Todesursache des Körpers bei hohen Temperaturen ist eine Verletzung der Homöostase und des Stoffwechsels, Denaturierung von Proteinen und Inaktivierung von Enzymen sowie Dehydrierung. Bei Temperaturen um 60 °C kommt es zu irreversiblen Schäden an der Proteinstruktur. Dies ist genau die Schwelle des „thermischen Todes“ bei einer Reihe von Protozoen und einigen niederen vielzelligen Organismen. Anpassungen an Temperaturänderungen äußern sich in der Bildung von Existenzformen wie Zysten, Sporen und Samen. Bei Tieren kommt es aufgrund von Störungen der Aktivität des Nervensystems und anderer Regulationsmechanismen zum „Hitzetod“, bevor es zur Proteindenaturierung kommt.

Bei niedrigen Temperaturen verlangsamt sich der Stoffwechsel oder kommt sogar zum Stillstand, es bilden sich Eiskristalle im Inneren der Zellen, was zu deren Zerstörung, einem Anstieg der intrazellulären Salzkonzentration, einer Störung des osmotischen Gleichgewichts und einer Denaturierung von Proteinen führt. Dank ultrastruktureller Umlagerungen, die auf die Austrocknung der Zellen abzielen, können frostbeständige Pflanzen dem vollständigen Einfrieren im Winter standhalten. Die Samen können Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt standhalten.

Die Temperatur ist der wichtigste Umweltfaktor. Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf viele Aspekte des Lebens von Organismen, ihre Verbreitungsgeographie, Fortpflanzung und andere biologische Eigenschaften von Organismen, die hauptsächlich von der Temperatur abhängen. Reichweite, d.h. Die Temperaturgrenzen, in denen Leben existieren kann, liegen zwischen etwa -200 °C und +100 °C, und in heißen Quellen mit Temperaturen von 250 °C wurden manchmal Bakterien gefunden. Tatsächlich können die meisten Organismen in einem noch engeren Temperaturbereich überleben.

Einige Arten von Mikroorganismen, vor allem Bakterien und Algen, können in heißen Quellen bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt leben und sich vermehren. Die obere Temperaturgrenze für Thermalquellenbakterien liegt bei etwa 90 °C. Aus ökologischer Sicht ist die Temperaturschwankung sehr wichtig.

Jede Art kann nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs leben, der sogenannten maximalen und minimalen tödlichen Temperaturen. Jenseits dieser kritischen Temperaturextreme, Kälte oder Hitze, kommt es zum Tod des Organismus. Irgendwo dazwischen herrscht eine optimale Temperatur, bei der die lebenswichtige Aktivität aller Organismen, der lebenden Materie als Ganzes, aktiv ist.

Basierend auf der Toleranz von Organismen gegenüber Temperaturbedingungen werden sie in eurythermische und stenotherme, d. h. in der Lage, Temperaturschwankungen in weiten oder engen Grenzen zu tolerieren. Beispielsweise können Flechten und viele Bakterien bei unterschiedlichen Temperaturen leben, oder Orchideen und andere wärmeliebende Pflanzen tropischer Zonen sind stenotherm.

Einige Tiere sind in der Lage, unabhängig von der Umgebungstemperatur eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Solche Organismen werden homöotherm genannt. Bei anderen Tieren variiert die Körpertemperatur je nach Umgebungstemperatur. Sie werden poikilothermisch genannt. Abhängig von der Methode der Anpassung von Organismen an Temperaturbedingungen werden sie in zwei ökologische Gruppen eingeteilt: Kryophylle – Organismen, die an Kälte und niedrige Temperaturen angepasst sind; Thermophile – oder wärmeliebende.

Allens Regel- eine ökogeografische Regel, die 1877 von D. Allen aufgestellt wurde. Nach dieser Regel haben verwandte Formen homöothermer (warmblütiger) Tiere, die einen ähnlichen Lebensstil führen, solche, die in kälteren Klimazonen leben, relativ kleinere hervorstehende Körperteile: Ohren, Beine, Schwänze usw.

Die Reduzierung der hervorstehenden Körperteile führt zu einer Verringerung der relativen Körperoberfläche und hilft, Wärme zu sparen.

Ein Beispiel für diese Regel sind Vertreter der Hundefamilie aus verschiedenen Regionen. Die kleinsten (im Verhältnis zur Körperlänge) Ohren und die weniger verlängerte Schnauze dieser Familie findet man beim Polarfuchs (Gebiet: Arktis), die größten Ohren und die schmale, verlängerte Schnauze findet man beim Fennek-Fuchs (Gebiet: Sahara).

Diese Regel gilt auch für menschliche Populationen: Die kürzesten (im Verhältnis zur Körpergröße) Nase, Arme und Beine sind charakteristisch für die Eskimo-Aleuten-Völker (Eskimos, Inuit), und die längsten Arme und Beine sind für die Furs und Tutsis.

Bergmans Regel- eine ökogeografische Regel, die 1847 vom deutschen Biologen Karl Bergmann formuliert wurde. Die Regel besagt, dass unter ähnlichen Formen homöothermer (warmblütiger) Tiere diejenigen am größten sind, die in kälteren Klimazonen leben – in hohen Breiten oder in den Bergen. Wenn es eng verwandte Arten gibt (z. B. Arten derselben Gattung), die sich in ihren Ernährungsgewohnheiten und ihrer Lebensweise nicht wesentlich unterscheiden, dann kommen größere Arten auch in strengeren (kalten) Klimazonen vor.

Die Regel basiert auf der Annahme, dass die gesamte Wärmeproduktion endothermer Spezies vom Volumen des Körpers und die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von seiner Oberfläche abhängt. Mit zunehmender Größe von Organismen wächst das Volumen des Körpers schneller als seine Oberfläche. Diese Regel wurde erstmals experimentell an Hunden unterschiedlicher Größe getestet. Es stellte sich heraus, dass die Wärmeproduktion bei kleinen Hunden pro Masseneinheit höher ist, aber unabhängig von der Größe pro Flächeneinheit nahezu konstant bleibt.

Tatsächlich wird Bergmanns Regel häufig sowohl innerhalb derselben Art als auch zwischen eng verwandten Arten erfüllt. Beispielsweise ist die Amur-Form des Tigers aus Fernost größer als die Sumatra-Form aus Indonesien. Nördliche Wolfsunterarten sind im Durchschnitt größer als südliche. Unter den eng verwandten Arten der Bärengattung leben die größten in nördlichen Breiten (der Eisbär, Braunbären von der Kodiak-Insel) und die kleinsten Arten (z. B. der Brillenbär) in Gebieten mit warmem Klima.

Gleichzeitig wurde diese Regelung häufig kritisiert; Es wurde darauf hingewiesen, dass dies nicht allgemeiner Natur sein kann, da die Größe von Säugetieren und Vögeln neben der Temperatur auch von vielen anderen Faktoren beeinflusst wird. Darüber hinaus erfolgen Anpassungen an raue Klimazonen auf Populations- und Artenebene häufig nicht durch Veränderungen der Körpergröße, sondern durch Veränderungen der Größe innerer Organe (Vergrößerung von Herz und Lunge) oder durch biochemische Anpassungen. Unter Berücksichtigung dieser Kritik muss betont werden, dass Bergmans Regel statistischer Natur ist und ihre Wirkung unter sonst gleichen Bedingungen deutlich zum Ausdruck bringt.

Tatsächlich gibt es viele Ausnahmen von dieser Regel. So ist die kleinste Rasse des Wollhaarmammuts von der Polarinsel Wrangel bekannt; Viele Unterarten des Waldwolfs sind größer als Tundrawölfe (z. B. die ausgestorbene Unterart der Kenai-Halbinsel; es wird angenommen, dass ihre Größe diesen Wölfen einen Vorteil bei der Jagd auf große Elche auf der Halbinsel verschaffen könnte). Die am Amur lebende fernöstliche Unterart des Leoparden ist deutlich kleiner als die afrikanische. In den angegebenen Beispielen unterscheiden sich die verglichenen Formen in der Lebensweise (Insel- und Kontinentalpopulationen; Tundra-Unterarten, die sich von kleineren Beutetieren ernähren, und Wald-Unterarten, die sich von größeren Beutetieren ernähren).

In Bezug auf den Menschen ist die Regel bis zu einem gewissen Grad anwendbar (z. B. tauchten Pygmäenstämme offenbar wiederholt und unabhängig voneinander in verschiedenen Gebieten mit tropischem Klima auf); Allerdings schränken Unterschiede in der lokalen Ernährung und Bräuche, Migration und genetische Drift zwischen Populationen die Anwendbarkeit dieser Regel ein.

Glogers Regel ist, dass unter verwandten Formen (verschiedene Rassen oder Unterarten derselben Art, verwandte Arten) homöothermer (warmblütiger) Tiere diejenigen, die in warmen und feuchten Klimazonen leben, eine hellere Farbe haben als diejenigen, die in kalten und trockenen Klimazonen leben. 1833 von Konstantin Gloger (Gloger C. W. L.; 1803-1863), einem polnischen und deutschen Ornithologen, gegründet.

Beispielsweise haben die meisten Wüstenvogelarten eine stumpfere Farbe als ihre Verwandten aus subtropischen und tropischen Wäldern. Glogers Regel lässt sich sowohl durch Überlegungen zur Tarnung als auch durch den Einfluss klimatischer Bedingungen auf die Pigmentsynthese erklären. In gewissem Umfang gilt die Glogersche Regel auch für hypokilotherme (kaltblütige) Tiere, insbesondere Insekten.

Luftfeuchtigkeit als Umweltfaktor

Ursprünglich lebten alle Organismen im Wasser. Nachdem sie das Land erobert hatten, verloren sie ihre Abhängigkeit vom Wasser nicht. Wasser ist ein integraler Bestandteil aller lebenden Organismen. Luftfeuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Luft. Ohne Feuchtigkeit oder Wasser gibt es kein Leben.

Die Luftfeuchtigkeit ist ein Parameter, der den Wasserdampfgehalt der Luft charakterisiert. Die absolute Luftfeuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Luft und hängt von Temperatur und Druck ab. Diese Menge wird als relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet (d. h. das Verhältnis der Wasserdampfmenge in der Luft zur gesättigten Dampfmenge unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen).

In der Natur gibt es einen täglichen Rhythmus der Luftfeuchtigkeit. Die Luftfeuchtigkeit schwankt vertikal und horizontal. Dieser Faktor spielt neben Licht und Temperatur eine große Rolle bei der Regulierung der Aktivität von Organismen und ihrer Verbreitung. Auch die Luftfeuchtigkeit verändert den Einfluss der Temperatur.

Ein wichtiger Umweltfaktor ist die Lufttrocknung. Besonders für Landorganismen ist die Trocknungswirkung der Luft von großer Bedeutung. Tiere passen sich an, indem sie an geschützte Orte ziehen und nachts einen aktiven Lebensstil führen.

Pflanzen nehmen Wasser aus dem Boden auf und fast alles (97–99 %) verdunstet über die Blätter. Dieser Vorgang wird Transpiration genannt. Die Verdunstung kühlt die Blätter. Durch die Verdunstung werden Ionen durch den Boden zu den Wurzeln transportiert, Ionen werden zwischen Zellen transportiert usw.

Für Landorganismen ist eine gewisse Feuchtigkeit unbedingt erforderlich. Viele von ihnen benötigen für eine normale Funktion eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 %, im Gegenteil, ein Organismus im Normalzustand kann nicht lange in absolut trockener Luft leben, da er ständig Wasser verliert. Wasser ist ein wesentlicher Bestandteil der lebenden Materie. Daher führt der Verlust von Wasser in einer bestimmten Menge zum Tod.

Pflanzen in trockenen Klimazonen passen sich durch morphologische Veränderungen und Reduzierung vegetativer Organe, insbesondere Blätter, an.

Auch Landtiere passen sich an. Viele von ihnen trinken Wasser, andere nehmen es in flüssiger oder dampfförmiger Form über den Körper auf. Zum Beispiel die meisten Amphibien, einige Insekten und Milben. Die meisten Wüstentiere trinken nie; sie decken ihren Bedarf mit Wasser, das sie mit der Nahrung versorgen. Andere Tiere gewinnen Wasser durch den Prozess der Fettoxidation.

Wasser ist für lebende Organismen unbedingt notwendig. Daher breiten sich Organismen je nach Bedarf in ihrem Lebensraum aus: Wasserorganismen leben ständig im Wasser; Hydrophyten können nur in sehr feuchten Umgebungen leben.

Aus ökologischer Sicht gehören Hydrophyten und Hygrophyten zur Gruppe der Stenogyren. Die Luftfeuchtigkeit hat großen Einfluss auf die lebenswichtigen Funktionen von Organismen. Beispielsweise war eine relative Luftfeuchtigkeit von 70 % sehr günstig für die Reifung auf dem Feld und die Fruchtbarkeit weiblicher Wanderheuschrecken. Bei erfolgreicher Vermehrung verursachen sie in vielen Ländern enorme wirtschaftliche Schäden an Nutzpflanzen.

Zur ökologischen Beurteilung der Verbreitung von Organismen wird der Indikator Klimatrockenheit herangezogen. Trockenheit dient als selektiver Faktor für die ökologische Klassifizierung von Organismen.

Abhängig von den Feuchtigkeitseigenschaften des lokalen Klimas werden die Organismenarten daher in ökologische Gruppen eingeteilt:

1. Hydatophyten sind Wasserpflanzen.

2. Hydrophyten sind Land-Wasserpflanzen.

3. Hygrophyten – Landpflanzen, die unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit leben.

4. Mesophyten sind Pflanzen, die bei durchschnittlicher Feuchtigkeit wachsen

5. Xerophyten sind Pflanzen, die bei unzureichender Feuchtigkeit wachsen. Sie sind wiederum unterteilt in: Sukkulenten – Sukkulenten (Kakteen); Sklerophyten sind Pflanzen mit schmalen und kleinen Blättern, die zu Röhren zusammengerollt sind. Sie werden auch in Euxerophyten und Stypaxerophyten unterteilt. Euxerophyten sind Steppenpflanzen. Stypaxerophyten sind eine Gruppe schmalblättriger Rasengräser (Federgras, Schwingel, Tonkonogo usw.). Mesophyten wiederum werden auch in Mesohygrophyten, Mesoxerophyten usw. unterteilt.

Obwohl die Luftfeuchtigkeit eine untergeordnete Bedeutung gegenüber der Temperatur hat, ist sie dennoch einer der wichtigsten Umweltfaktoren. Während des größten Teils der Geschichte der belebten Natur wurde die organische Welt ausschließlich durch Wasserorganismen repräsentiert. Ein wesentlicher Bestandteil der überwiegenden Mehrheit der Lebewesen ist Wasser, und fast alle von ihnen benötigen eine aquatische Umgebung, um Gameten zu vermehren oder zu verschmelzen. Landtiere sind gezwungen, zur Befruchtung eine künstliche Wasserumgebung in ihrem Körper zu schaffen, was dazu führt, dass dieser intern wird.

Luftfeuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Luft. Sie kann in Gramm pro Kubikmeter ausgedrückt werden.

Licht als Umweltfaktor. Die Rolle des Lichts im Leben von Organismen

Licht ist eine der Energieformen. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik oder dem Energieerhaltungssatz kann Energie von einer Form in eine andere wechseln. Nach diesem Gesetz sind Organismen ein thermodynamisches System, das ständig Energie und Materie mit der Umwelt austauscht. Organismen auf der Erdoberfläche sind einem Energiefluss, hauptsächlich Sonnenenergie, sowie langwelliger Wärmestrahlung kosmischer Körper ausgesetzt.

Beide Faktoren bestimmen die klimatischen Bedingungen der Umgebung (Temperatur, Wasserverdunstung, Luft- und Wasserbewegung). Sonnenlicht mit einer Energie von 2 cal fällt aus dem Weltraum auf die Biosphäre. um 1 cm 2 in 1 Minute. Dies ist die sogenannte Solarkonstante. Dieses Licht, das die Atmosphäre durchdringt, wird abgeschwächt und an einem klaren Mittag, d. 1,34 Kal. pro cm 2 in 1 Min. Beim Durchdringen von Wolkendecke, Wasser und Vegetation wird das Sonnenlicht weiter geschwächt und die Verteilung seiner Energie in verschiedenen Teilen des Spektrums ändert sich erheblich.

Der Grad der Schwächung von Sonnenlicht und kosmischer Strahlung hängt von der Wellenlänge (Frequenz) des Lichts ab. Ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 0,3 Mikrometern durchdringt die Ozonschicht fast nicht (in einer Höhe von etwa 25 km). Eine solche Strahlung ist gefährlich für einen lebenden Organismus, insbesondere für das Protoplasma.

In der belebten Natur ist Licht die einzige Energiequelle; alle Pflanzen außer Bakterien betreiben Photosynthese, d. h. synthetisieren organische Substanzen aus anorganischen Substanzen (d. h. aus Wasser, Mineralsalzen und CO-In der lebenden Natur ist Licht die einzige Energiequelle, alle Pflanzen außer Bakterien 2 - nutzen Strahlungsenergie im Prozess der Assimilation). Alle Organismen sind zur Ernährung auf terrestrische photosynthetische Organismen angewiesen, d. h. Pflanzen, die Chlorophyll enthalten.

Licht als Umweltfaktor wird in Ultraviolett mit einer Wellenlänge von 0,40 – 0,75 Mikrometer und Infrarot mit einer Wellenlänge größer als diese Größenordnungen unterteilt.

Die Wirkung dieser Faktoren hängt von den Eigenschaften der Organismen ab. Jede Art von Organismus ist an eine bestimmte Lichtwellenlänge angepasst. Einige Arten von Organismen haben sich an ultraviolette Strahlung angepasst, andere an Infrarotstrahlung.

Einige Organismen sind in der Lage, zwischen Wellenlängen zu unterscheiden. Sie verfügen über spezielle Lichtwahrnehmungssysteme und Farbsehen, die in ihrem Leben von großer Bedeutung sind. Viele Insekten reagieren empfindlich auf kurzwellige Strahlung, die der Mensch nicht wahrnehmen kann. Motten nehmen ultraviolette Strahlen gut wahr. Bienen und Vögel bestimmen ihren Standort genau und Navigieren Sie auch nachts durch das Gelände.

Auch Organismen reagieren stark auf Lichtintensität. Basierend auf diesen Merkmalen werden Pflanzen in drei ökologische Gruppen eingeteilt:

1. Lichtliebende, sonnenliebende oder Heliophyten – die sich nur unter Sonneneinstrahlung normal entwickeln können.

2. Schattenliebende Pflanzen oder Sciophyten sind Pflanzen der unteren Waldschichten und Tiefseepflanzen, zum Beispiel Maiglöckchen und andere.

Mit abnehmender Lichtintensität verlangsamt sich auch die Photosynthese. Alle lebenden Organismen haben eine Schwellenempfindlichkeit gegenüber der Lichtintensität und anderen Umweltfaktoren. Verschiedene Organismen haben unterschiedliche Schwellenwerte für die Empfindlichkeit gegenüber Umweltfaktoren. Beispielsweise hemmt intensives Licht die Entwicklung von Drosophila-Fliegen und führt sogar zu deren Tod. Kakerlaken und andere Insekten mögen kein Licht. Bei den meisten photosynthetischen Pflanzen wird bei geringer Lichtintensität die Proteinsynthese gehemmt, bei Tieren werden Biosyntheseprozesse gehemmt.

3. Schattentolerante oder fakultative Heliophyten. Pflanzen, die sowohl im Schatten als auch im Licht gut wachsen. Bei Tieren werden diese Eigenschaften von Organismen als lichtliebend (Photophile), Schattenliebend (Photophobe), Euryphobie – Stenophobie bezeichnet.

Umweltwertigkeit

der Grad der Anpassungsfähigkeit eines lebenden Organismus an Veränderungen der Umweltbedingungen. E.v. stellt eine Arteneigenschaft dar. Sie wird quantitativ durch den Bereich der Umweltveränderungen ausgedrückt, innerhalb dessen eine bestimmte Art ihre normale Lebensaktivität aufrechterhält. E.v. kann sowohl in Bezug auf die Reaktion einer Art auf einzelne Umweltfaktoren als auch in Bezug auf einen Komplex von Faktoren betrachtet werden.

Im ersten Fall werden Arten, die große Veränderungen in der Stärke des Einflussfaktors tolerieren, mit einem Begriff bezeichnet, der aus dem Namen dieses Faktors mit der Vorsilbe „eury“ (eurythermisch – bezogen auf den Temperatureinfluss, euryhalin – bezogen auf den Temperatureinfluss) besteht zum Salzgehalt, eurybatherisch – in Bezug auf die Tiefe usw.); Arten, die nur an kleine Veränderungen dieses Faktors angepasst sind, werden mit einem ähnlichen Begriff mit der Vorsilbe „steno“ (stenotherm, stenohalin usw.) bezeichnet. Arten mit breitem E. v. In Bezug auf einen Komplex von Faktoren werden sie Eurybionten (siehe Eurybionten) genannt, im Gegensatz zu Stenobionten (siehe Stenobionten), die eine geringe Anpassungsfähigkeit aufweisen. Da die Eurybiontizität die Besiedelung vielfältiger Lebensräume ermöglicht und die Stenobiontizität das Spektrum der für die Art geeigneten Lebensräume stark einschränkt, werden diese beiden Gruppen oft als Eury- bzw. Stenotopie bezeichnet.

Eurybionten, tierische und pflanzliche Organismen, die unter erheblichen Veränderungen der Umweltbedingungen überleben können. Beispielsweise leiden die Bewohner der Meeresküstenzone unter regelmäßiger Austrocknung bei Ebbe, starker Erwärmung im Sommer und Abkühlung und manchmal Frost im Winter (eurythermale Tiere); Die Bewohner von Flussmündungen können dem standhalten. Schwankungen des Salzgehalts des Wassers (Euryhalin-Tiere); Eine Reihe von Tieren leben in einem weiten hydrostatischen Druckbereich (Eurybaten). Viele Landbewohner gemäßigter Breiten sind in der Lage, großen saisonalen Temperaturschwankungen standzuhalten.

Der Eurybiontismus der Art wird durch die Fähigkeit erhöht, ungünstige Bedingungen im Zustand der Anabiose zu tolerieren (viele Bakterien, Sporen und Samen vieler Pflanzen, erwachsene mehrjährige Pflanzen kalter und gemäßigter Breiten, überwinternde Knospen von Süßwasserschwämmen und Bryozoen, Kiemeneier Krebstiere, ausgewachsene Bärtierchen und einige Rädertierchen usw.) oder Winterschlaf (einige Säugetiere).

CHETVERIKOVS REGEL, In der Regel, so Krom, werden in der Natur alle Arten lebender Organismen nicht durch einzelne isolierte Individuen repräsentiert, sondern in Form von (manchmal sehr großen) Zahlenaggregaten von Individuen-Populationen. Gezüchtet von S. S. Chetverikov (1903).

Sicht- Hierbei handelt es sich um eine historisch etablierte Gruppe von Populationen von Individuen mit ähnlichen morphophysiologischen Eigenschaften, die in der Lage sind, sich frei miteinander zu kreuzen und fruchtbare Nachkommen hervorzubringen, die ein bestimmtes Gebiet besetzen. Jede Art lebender Organismen kann durch eine Reihe charakteristischer Merkmale und Eigenschaften beschrieben werden, die als Merkmale der Art bezeichnet werden. Merkmale einer Art, anhand derer sich eine Art von einer anderen unterscheiden lässt, nennt man Artkriterien.

Am häufigsten werden sieben allgemeine Kriterien der Form verwendet:

1. Spezifischer Organisationstyp: eine Reihe charakteristischer Merkmale, die es ermöglichen, Individuen einer bestimmten Art von Individuen einer anderen zu unterscheiden.

2. Geografische Sicherheit: die Existenz von Individuen einer Art an einem bestimmten Ort auf dem Globus; Verbreitungsgebiet – das Gebiet, in dem Individuen einer bestimmten Art leben.

3. Ökologische Sicherheit: Individuen einer Art leben in einem bestimmten Wertebereich physikalischer Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck usw.

4. Differenzierung: Eine Art besteht aus kleineren Gruppen von Individuen.

5. Diskretion: Individuen einer bestimmten Art sind von Individuen einer anderen Art durch eine Lücke – einen Hiatus – getrennt. Der Hiatus wird durch die Wirkung isolierender Mechanismen bestimmt, wie z. B. Diskrepanzen im Zeitpunkt der Fortpflanzung, die Verwendung spezifischer Verhaltensreaktionen und die Sterilität von Hybriden , usw.

6. Reproduzierbarkeit: Die Fortpflanzung von Individuen kann ungeschlechtlich (der Grad der Variabilität ist gering) und sexuell (der Grad der Variabilität ist hoch, da jeder Organismus die Merkmale von Vater und Mutter vereint) erfolgen.

7. Ein bestimmtes Zahlenniveau: Zahlen unterliegen periodischen (Lebenswellen) und nichtperiodischen Veränderungen.

Individuen jeglicher Art sind im Raum äußerst ungleichmäßig verteilt. Beispielsweise kommt die Brennnessel in ihrem Verbreitungsgebiet nur an feuchten, schattigen Orten mit fruchtbarem Boden vor und bildet Dickichte in den Auen von Flüssen, Bächen, an Seen, an den Rändern von Sümpfen, in Mischwäldern und Strauchdickichten. An Waldrändern, Wiesen und Feldern findet man Kolonien des Europäischen Maulwurfs, deutlich sichtbar auf den Erdhügeln. Geeignet fürs Leben
Obwohl innerhalb des Verbreitungsgebiets häufig Lebensräume zu finden sind, decken sie nicht das gesamte Verbreitungsgebiet ab, weshalb Individuen dieser Art in anderen Teilen des Verbreitungsgebiets nicht vorkommen. Es hat keinen Sinn, in einem Kiefernwald nach Brennnesseln oder in einem Sumpf nach einem Maulwurf zu suchen.

So drückt sich die ungleichmäßige Verteilung einer Art im Raum in Form von „Dichteinseln“, „Kondensationen“ aus. Gebiete mit einer relativ hohen Verbreitung dieser Art wechseln sich mit Gebieten mit geringer Häufigkeit ab. Solche „Dichtezentren“ der Population jeder Art werden Populationen genannt. Eine Population ist eine Ansammlung von Individuen einer bestimmten Art, die über einen langen Zeitraum (eine große Anzahl von Generationen) einen bestimmten Raum (Teil ihres Verbreitungsgebiets) bewohnen und von anderen ähnlichen Populationen isoliert sind.

Die freie Kreuzung (Panmixie) findet praktisch innerhalb der Population statt. Mit anderen Worten: Eine Population ist eine Gruppe von Individuen, die sich frei zusammenschließen, über einen langen Zeitraum in einem bestimmten Gebiet leben und von anderen ähnlichen Gruppen relativ isoliert sind. Eine Art ist daher eine Ansammlung von Populationen und eine Population ist eine strukturelle Einheit einer Art.

Unterschied zwischen einer Population und einer Art:

1) Individuen verschiedener Populationen kreuzen sich frei miteinander,

2) Individuen verschiedener Populationen unterscheiden sich kaum voneinander,

3) Es gibt keine Lücke zwischen zwei benachbarten Populationen, das heißt, es gibt einen allmählichen Übergang zwischen ihnen.

Der Prozess der Artbildung. Nehmen wir an, dass eine bestimmte Art einen bestimmten Lebensraum bewohnt, der durch ihr Fressverhalten bestimmt wird. Durch die Divergenz zwischen Individuen vergrößert sich die Reichweite. Der neue Lebensraum wird Bereiche mit unterschiedlichen Nahrungspflanzen, unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften usw. enthalten. Individuen, die sich in verschiedenen Teilen des Lebensraums befinden, bilden Populationen. In Zukunft wird es aufgrund der immer größer werdenden Unterschiede zwischen Individuen von Populationen immer deutlicher werden, dass sich Individuen einer Population in irgendeiner Weise von Individuen einer anderen Population unterscheiden. Es findet ein Prozess der Bevölkerungsdivergenz statt. In jedem von ihnen häufen sich Mutationen.

Vertreter aller Arten im lokalen Teil des Verbreitungsgebiets bilden eine lokale Population. Die Gesamtheit der lokalen Populationen, die mit hinsichtlich der Lebensbedingungen homogenen Gebieten des Lebensraums verbunden sind, stellt eine ökologische Population dar. Wenn eine Art also in einer Wiese und einem Wald lebt, spricht man von ihren Kaugummi- und Wiesenpopulationen. Populationen innerhalb des Verbreitungsgebiets einer Art, die bestimmten geografischen Grenzen zugeordnet sind, werden als geografische Populationen bezeichnet.
Populationsgrößen und -grenzen können sich dramatisch ändern. Bei Ausbrüchen der Massenvermehrung breitet sich die Art sehr weit aus und es entstehen riesige Populationen.

Eine Gruppe geografischer Populationen mit stabilen Merkmalen, der Fähigkeit zur Kreuzung und zur Erzeugung fruchtbarer Nachkommen wird als Unterart bezeichnet. Darwin sagte, dass die Bildung neuer Arten durch Sorten (Unterarten) erfolgt.

Allerdings sollte man bedenken, dass in der Natur oft ein Element fehlt.
Mutationen, die bei Individuen jeder Unterart auftreten, können allein nicht zur Bildung neuer Arten führen. Der Grund liegt in der Tatsache, dass diese Mutation in der gesamten Population wandern wird, da Individuen der Unterart bekanntlich nicht reproduktiv isoliert sind. Wenn eine Mutation vorteilhaft ist, erhöht sie die Heterozygotie der Population; wenn sie schädlich ist, wird sie durch Selektion einfach abgelehnt.

Durch den ständig stattfindenden Mutationsprozess und die freie Kreuzung kommt es in Populationen zu einer Häufung von Mutationen. Nach der Theorie von I. I. Shmalhausen wird eine Reserve erblicher Variabilität geschaffen, d. h. die überwiegende Mehrheit der auftretenden Mutationen ist rezessiv und manifestiert sich nicht phänotypisch. Sobald eine hohe Konzentration an Mutationen im heterozygoten Zustand erreicht ist, wird die Kreuzung von Individuen möglich, die rezessive Gene tragen. Dabei treten homozygote Individuen auf, bei denen sich die Mutationen bereits phänotypisch manifestieren. In diesen Fällen unterliegen Mutationen bereits der Kontrolle der natürlichen Selektion.
Dies ist jedoch noch nicht entscheidend für den Prozess der Artbildung, da natürliche Populationen offen sind und ständig fremde Gene aus benachbarten Populationen in sie eingeführt werden.

Es gibt einen ausreichenden Genfluss, um eine hohe Ähnlichkeit der Genpools (die Gesamtheit aller Genotypen) aller lokalen Populationen aufrechtzuerhalten. Schätzungen zufolge ist die Auffüllung des Genpools durch fremde Gene in einer Population von 200 Individuen mit jeweils 100.000 Loci 100-mal größer als durch Mutationen. Folglich kann sich keine Population dramatisch verändern, solange sie dem normalisierenden Einfluss des Genflusses unterliegt. Die Resistenz einer Population gegenüber Veränderungen ihrer genetischen Zusammensetzung unter dem Einfluss der Selektion wird als genetische Homöostase bezeichnet.

Aufgrund der genetischen Homöostase in einer Population ist die Bildung einer neuen Art sehr schwierig. Eine weitere Bedingung muss erfüllt sein! Es ist nämlich notwendig, den Genpool der Tochterpopulation vom mütterlichen Genpool zu isolieren. Isolation kann in zwei Formen auftreten: räumlich und zeitlich. Räumliche Isolation entsteht aufgrund verschiedener geografischer Barrieren wie Wüsten, Wälder, Flüsse, Dünen und Überschwemmungsgebiete. Am häufigsten kommt es zu einer räumlichen Isolation aufgrund einer starken Verringerung des kontinuierlichen Bereichs und seiner Auflösung in einzelne Taschen oder Nischen.

Oft kommt es durch Migration zur Isolation einer Bevölkerung. In diesem Fall entsteht eine isolierte Population. Da die Anzahl der Individuen in einer isolierten Population jedoch normalerweise gering ist, besteht die Gefahr der Inzucht – einer mit Inzucht verbundenen Degeneration. Die auf räumlicher Isolation basierende Artbildung wird als geografisch bezeichnet.

Die vorübergehende Form der Isolation umfasst Veränderungen im Zeitpunkt der Fortpflanzung und Verschiebungen im gesamten Lebenszyklus. Die auf vorübergehender Isolation basierende Artbildung wird als ökologisch bezeichnet.
Entscheidend ist in beiden Fällen die Schaffung eines neuen, mit dem alten unvereinbaren genetischen Systems. Evolution wird durch Artbildung verwirklicht, weshalb man sagt, dass eine Art ein elementares Evolutionssystem ist. Eine Population ist eine elementare evolutionäre Einheit!

Statistische und dynamische Merkmale von Populationen.

Organismenarten gehen nicht als Individuen, sondern als Populationen oder Teile davon in die Biozönose ein. Eine Population ist ein Teil einer Art (besteht aus Individuen derselben Art), der einen relativ homogenen Raum einnimmt und zur Selbstregulierung und Aufrechterhaltung einer bestimmten Anzahl fähig ist. Jede Art im besetzten Gebiet zerfällt in Populationen. Wenn wir die Auswirkungen von Umweltfaktoren auf einen einzelnen Organismus berücksichtigen, wird das untersuchte Individuum bei einem bestimmten Faktorniveau (z. B. Temperatur) entweder überleben oder sterben. Das Bild ändert sich, wenn man die Wirkung desselben Faktors auf eine Gruppe von Organismen derselben Art untersucht.

Einige Individuen sterben oder reduzieren ihre Vitalaktivität bei einer bestimmten Temperatur, andere bei einer niedrigeren Temperatur und wieder andere bei einer höheren Temperatur. Daher können wir eine Population anders definieren: alle lebenden Organismen, um zu überleben und zu produzieren Nachkommen müssen unter dynamischen Umweltbedingungen Faktoren in Form von Gruppen oder Populationen existieren, d. h. eine Ansammlung zusammenlebender Individuen mit ähnlicher Vererbung. Das wichtigste Merkmal einer Population ist das Gesamtgebiet, das sie einnimmt. Doch innerhalb einer Population kann es aus verschiedenen Gründen Gruppen geben, die mehr oder weniger isoliert sind.

Daher ist eine erschöpfende Definition der Bevölkerung aufgrund der fließenden Grenzen zwischen einzelnen Personengruppen schwierig. Jede Art besteht aus einer oder mehreren Populationen, und eine Population ist somit die Existenzform einer Art, ihre kleinste sich entwickelnde Einheit. Für Populationen verschiedener Arten gibt es akzeptable Grenzen für die Reduzierung der Individuenzahl, ab deren Überschreitung die Existenz der Population unmöglich wird. In der Literatur gibt es keine genauen Daten zu kritischen Werten der Bevölkerungszahlen. Die angegebenen Werte sind widersprüchlich. Es bleibt jedoch unbestritten, dass die kritischen Werte ihrer Zahlen umso höher sind, je kleiner die Individuen sind. Bei Mikroorganismen sind dies Millionen von Individuen, bei Insekten Zehntausende und Hunderttausende und bei großen Säugetieren mehrere Dutzend.

Die Zahl sollte nicht unter die Grenzen sinken, ab denen die Wahrscheinlichkeit, Sexualpartner zu treffen, stark abnimmt. Die kritische Zahl hängt auch von anderen Faktoren ab. Beispielsweise ist für einige Organismen ein Gruppenlebensstil (Kolonien, Herden, Herden) spezifisch. Gruppen innerhalb einer Population sind relativ isoliert. Es kann vorkommen, dass die Gesamtpopulation noch recht groß ist und die Zahl der einzelnen Gruppen unter kritische Grenzen sinkt.

Beispielsweise sollte eine Kolonie (Gruppe) eines peruanischen Kormorans eine Population von mindestens 10.000 Individuen und eine Rentierherde von 300 bis 400 Stück haben. Um die Funktionsmechanismen zu verstehen und Probleme bei der Nutzung von Populationen zu lösen, sind Informationen über ihre Struktur von großer Bedeutung. Es gibt Geschlecht, Alter, territoriale und andere Strukturtypen. Theoretisch und anwendungsbezogen sind die wichtigsten Daten die Altersstruktur – das Verhältnis von Individuen (oft in Gruppen zusammengefasst) unterschiedlichen Alters.

Die Tiere werden in folgende Altersgruppen eingeteilt:

Juvenile Gruppe (Kinder) Senile Gruppe (senile Gruppe, nicht an der Fortpflanzung beteiligt)

Erwachsene Gruppe (Personen, die sich mit der Fortpflanzung befassen).

Typischerweise zeichnen sich normale Populationen durch die größte Lebensfähigkeit aus, in denen alle Altersgruppen relativ gleichmäßig vertreten sind. In einer regressiven (gefährdeten) Population überwiegen senile Individuen, was auf das Vorhandensein negativer Faktoren hinweist, die die Fortpflanzungsfunktionen stören. Es sind dringende Maßnahmen erforderlich, um die Ursachen dieser Erkrankung zu identifizieren und zu beseitigen. Eindringende (invasive) Populationen werden hauptsächlich durch junge Individuen repräsentiert. Ihre Vitalität gibt in der Regel keinen Anlass zur Sorge, es besteht jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit von Ausbrüchen übermäßig großer Individuenzahlen, da in solchen Populationen keine trophischen und anderen Verbindungen gebildet wurden.

Besonders gefährlich ist es, wenn es sich um eine Population von Arten handelt, die zuvor in dem Gebiet nicht vorkamen. In diesem Fall finden und besetzen Populationen in der Regel eine freie ökologische Nische und realisieren ihr Reproduktionspotenzial, wodurch ihre Zahl intensiv erhöht wird. Befindet sich die Population in einem normalen oder nahezu normalen Zustand, kann eine Person die Anzahl der Individuen (bei Tieren) daraus entfernen ) oder Biomasse (in Pflanzen), die im Zeitraum zwischen den Entnahmen zunimmt. Zunächst sollten Personen im postproduktiven Alter (die die Fortpflanzung abgeschlossen haben) entfernt werden. Wenn das Ziel darin besteht, ein bestimmtes Produkt zu erhalten, werden Alter, Geschlecht und andere Merkmale der Bevölkerung unter Berücksichtigung der Aufgabenstellung angepasst.

Die Ausbeutung von Populationen von Pflanzengemeinschaften (z. B. zur Holzproduktion) wird in der Regel zeitlich auf die Zeit der altersbedingten Wachstumsverlangsamung (Produktakkumulation) abgestimmt. Dieser Zeitraum fällt normalerweise mit der maximalen Ansammlung von Holzmasse pro Flächeneinheit zusammen. Die Bevölkerung zeichnet sich auch durch ein bestimmtes Geschlechterverhältnis aus und das Verhältnis von Männern und Frauen beträgt nicht 1:1. Es sind Fälle einer starken Vorherrschaft des einen oder anderen Geschlechts, eines Generationswechsels ohne Männchen bekannt. Jede Population kann auch eine komplexe räumliche Struktur aufweisen (unterteilt in mehr oder weniger große hierarchische Gruppen – von geographisch bis elementar (Mikropopulationen).

Wenn also die Sterblichkeitsrate nicht vom Alter der Personen abhängt, ist die Überlebenskurve eine abnehmende Linie (siehe Abbildung, Typ I). Das heißt, der Tod von Individuen erfolgt bei dieser Art gleichmäßig, die Sterblichkeitsrate bleibt ein Leben lang konstant. Eine solche Überlebenskurve ist charakteristisch für Arten, deren Entwicklung ohne Metamorphose mit ausreichender Stabilität der geborenen Nachkommen erfolgt. Dieser Typ wird üblicherweise Hydra-Typ genannt – er zeichnet sich durch eine Überlebenskurve aus, die sich einer geraden Linie nähert. Bei Arten, bei denen die Rolle externer Faktoren bei der Sterblichkeit gering ist, ist die Überlebenskurve bis zu einem bestimmten Alter durch einen leichten Rückgang gekennzeichnet, danach kommt es aufgrund der natürlichen (physiologischen) Sterblichkeit zu einem starken Rückgang.

Typ II im Bild. Die Art der Überlebenskurve, die diesem Typ ähnelt, ist charakteristisch für den Menschen (obwohl die Überlebenskurve des Menschen etwas flacher ist und somit etwas zwischen Typ I und II liegt). Dieser Typ wird Drosophila-Typ genannt: Es handelt sich um das, was Fruchtfliegen unter Laborbedingungen zeigen (nicht von Raubtieren gefressen). Viele Arten zeichnen sich durch eine hohe Sterblichkeit in den frühen Stadien der Ontogenese aus. Bei solchen Arten ist die Überlebenskurve durch einen starken Abfall im jüngeren Alter gekennzeichnet. Personen, die das „kritische“ Alter überleben, weisen eine niedrige Sterblichkeit auf und werden älter. Der Typ wird Austerntyp genannt. Typ III im Bild. Die Untersuchung von Überlebenskurven ist für den Ökologen von großem Interesse. Dadurch können wir beurteilen, in welchem ​​Alter eine bestimmte Art am anfälligsten ist. Wenn die Auswirkungen von Ursachen, die Fruchtbarkeit oder Sterblichkeit verändern können, in der am stärksten gefährdeten Phase auftreten, ist ihr Einfluss auf die spätere Entwicklung der Bevölkerung am größten. Dieses Muster muss bei der Organisation der Jagd oder der Schädlingsbekämpfung berücksichtigt werden.

Alters- und Geschlechtsstrukturen der Bevölkerung.

Jede Bevölkerung zeichnet sich durch eine bestimmte Organisation aus. Die Verteilung der Individuen über das Territorium, das Verhältnis der Individuengruppen nach Geschlecht, Alter, morphologischen, physiologischen, Verhaltens- und genetischen Merkmalen spiegeln das entsprechende wider Bevölkerungsstruktur : räumlich, Geschlecht, Alter usw. Die Strukturbildung erfolgt einerseits auf der Grundlage der allgemeinen biologischen Eigenschaften der Art, andererseits unter dem Einfluss abiotischer Umweltfaktoren und Populationen anderer Arten.

Die Bevölkerungsstruktur ist somit adaptiver Natur. Verschiedene Populationen derselben Art weisen sowohl ähnliche als auch unterschiedliche Merkmale auf, die die spezifischen Umweltbedingungen in ihren Lebensräumen charakterisieren.

Im Allgemeinen bilden sich in bestimmten Territorien zusätzlich zu den Anpassungsfähigkeiten einzelner Individuen adaptive Merkmale der Gruppenanpassung der Bevölkerung als überindividuelles System aus, was darauf hindeutet, dass die Anpassungsfähigkeiten der Bevölkerung viel höher sind als die der Individuen es komponieren.

Alterszusammensetzung- ist wichtig für die Existenz einer Population. Die durchschnittliche Lebensdauer von Organismen und das Verhältnis der Anzahl (bzw. Biomasse) von Individuen unterschiedlichen Alters werden durch die Altersstruktur der Bevölkerung charakterisiert. Die Bildung der Altersstruktur erfolgt als Ergebnis der kombinierten Wirkung der Reproduktions- und Sterblichkeitsprozesse.

In jeder Bevölkerung werden herkömmlicherweise drei altersbedingte ökologische Gruppen unterschieden:

Vor der Fortpflanzung;

Fortpflanzung;

Postreproduktiv.

Zur vorreproduktiven Gruppe gehören Individuen, die noch nicht zur Fortpflanzung fähig sind. Fortpflanzungsfähig – reproduktionsfähige Individuen. Postreproduktiv – Personen, die die Fähigkeit zur Fortpflanzung verloren haben. Die Dauer dieser Zeiträume variiert stark je nach Art des Organismus.

Unter günstigen Bedingungen umfasst die Bevölkerung alle Altersgruppen und behält eine mehr oder weniger stabile Alterszusammensetzung bei. In schnell wachsenden Populationen überwiegen junge Individuen, während in schrumpfenden Populationen ältere Individuen nicht mehr in der Lage sind, sich intensiv zu vermehren. Solche Populationen sind unproduktiv und nicht stabil genug.

Es gibt Typen mit einfache Altersstruktur Populationen, die aus nahezu gleichaltrigen Individuen bestehen.

Beispielsweise befinden sich alle einjährigen Pflanzen einer Population im Frühjahr im Sämlingsstadium, blühen dann nahezu gleichzeitig und produzieren im Herbst Samen.

Bei Arten mit komplexe Altersstruktur In Populationen leben mehrere Generationen gleichzeitig.

Elefanten haben beispielsweise eine Geschichte von jungen, ausgewachsenen und alternden Tieren.

Populationen, die viele Generationen (verschiedener Altersgruppen) umfassen, sind stabiler und weniger anfällig für den Einfluss von Faktoren, die die Fortpflanzung oder Sterblichkeit in einem bestimmten Jahr beeinflussen. Extreme Bedingungen können zum Tod der am stärksten gefährdeten Altersgruppen führen, doch die Widerstandsfähigsten überleben und bringen neue Generationen hervor.

Beispielsweise wird der Mensch als biologische Spezies mit einer komplexen Altersstruktur betrachtet. Die Stabilität der Artenpopulationen wurde beispielsweise während des Zweiten Weltkriegs nachgewiesen.

Zur Untersuchung der Altersstrukturen von Bevölkerungsgruppen werden grafische Techniken verwendet, beispielsweise Alterspyramiden der Bevölkerung, die in demografischen Studien weit verbreitet sind (Abb. 3.9).

Abb.3.9. Alterspyramiden der Bevölkerung.

A – Massenreproduktion, B – stabile Population, C – rückläufige Population

Die Stabilität der Artenpopulationen hängt weitgehend davon ab sexuelle Struktur , d.h. Verhältnisse von Individuen unterschiedlichen Geschlechts. Sexuelle Gruppen innerhalb von Populationen werden auf der Grundlage von Unterschieden in der Morphologie (Form und Struktur des Körpers) und der Ökologie der verschiedenen Geschlechter gebildet.

Beispielsweise haben bei einigen Insekten die Männchen Flügel, die Weibchen jedoch nicht, die Männchen einiger Säugetiere haben Hörner, die Weibchen jedoch nicht, männliche Vögel haben ein helles Gefieder, während die Weibchen Tarnung haben.

Ökologische Unterschiede spiegeln sich in den Nahrungspräferenzen wider (die Weibchen vieler Mücken saugen Blut, während sich die Männchen von Nektar ernähren).

Der genetische Mechanismus gewährleistet bei der Geburt ein annähernd gleiches Verhältnis von Individuen beider Geschlechter. Das anfängliche Verhältnis wird jedoch aufgrund von physiologischen, Verhaltens- und Umweltunterschieden zwischen Männern und Frauen bald gestört, was zu einer ungleichmäßigen Sterblichkeit führt.

Die Analyse der Alters- und Geschlechtsstruktur der Bevölkerung ermöglicht es, ihre Zahlen für eine Reihe kommender Generationen und Jahre vorherzusagen. Dies ist wichtig, wenn man die Möglichkeiten des Fischfangs, des Schießens von Tieren, des Schutzes von Ernten vor Heuschreckenbefall und in anderen Fällen beurteilt.

Staatliche Haushaltsbildungseinrichtung für höhere Berufsbildung „Staatliche Agraruniversität Nowosibirsk“

Institut für Fernunterricht und Fortbildung

Abteilung für fortschrittliche Technologien in der landwirtschaftlichen Produktion

Disziplin: „Ökologie“

Thema: „Temperatur und ihre Rolle im Leben von Organismen“

Teilzeitstudierende

Schelemeteva Ekaterina Iwanowna

Nowosibirsk 2014

Einführung

1. Lebensraum

2. Umweltfaktoren

3. Muster von Umweltfaktoren

4. Temperatur

5. Temperaturanpassungen

5.1 Temperaturanpassungen in Pflanzen

5.2 Thermische Anpassungen von Tieren

6. Hauptmethoden der Temperaturanpassung

Literaturverzeichnis

Einführung

Die auf der Erde lebenden Organismen sind sehr vielfältig und bilden ganze Königreiche und Unterreiche, zu denen Pflanzen, Tiere, Pilze, Bakterien, Protozoen, Archaebakterien und Cyanobakterien gehören.

Alle diese Organismen leben unter unterschiedlichen Bedingungen und besetzen einen genau definierten Lebensraum. Jeder von ihnen erfordert bestimmte Umweltbedingungen für seine normale Entwicklung und Fortpflanzung.

Die Beziehung zwischen Organismen und der Umwelt, die Auswirkung des Lebensraums auf die Struktur, Lebensaktivität und das Verhalten von Organismen, die Beziehung zwischen dem Zustand des Lebensraums und dem Wohlergehen der Populationen usw. studiert die Wissenschaft der Ökologie.

Ökologie ist eine Wissenschaft, die die Beziehungen von Organismen (Individuen, Populationen, Biozönosen usw.) untereinander und mit der Umwelt ihrer anorganischen Natur, die allgemeinen Funktionsgesetze von Ökosystemen auf verschiedenen hierarchischen Ebenen und den Lebensraum von Lebewesen untersucht (einschließlich Menschen).

In meinem Aufsatz werden wir untersuchen, was ein Lebensraum ist und welche Rolle die Temperatur im Leben von Organismen spielt.

1. Lebensraum

Lebensraum ist der Teil der Natur, der einen lebenden Organismus umgibt und mit dem er direkt interagiert.

Die Umgebung umfasst die physikalischen Eigenschaften des Raums, der eine Pflanze, ein Tier oder eine Person umgibt, d. h. Temperatur, Beleuchtung, Druck, Strahlungsniveau und Partikelmobilität.

Die erste Umgebung, in der Leben entstand und sich ausbreitete, war die aquatische Umwelt. Nach und nach beherrschten lebende Organismen die Boden-Luft-Umgebung, schufen und bevölkerten den Boden, und lebende Organismen selbst wurden zu einer spezifischen Lebensumgebung.

Im Lebensraum gibt es immer sehr wichtige Elemente, von denen die Möglichkeit der Existenz eines Organismus abhängt, und es gibt Bestandteile der Umwelt, die einem bestimmten Organismus gleichgültig sind.

Daher hat die Ökologie zusätzlich zum Konzept des „Lebensraums“ Konzepte über Umweltfaktoren und die Existenzbedingungen von Organismen entwickelt.

2. Umweltfaktoren

Als Umweltfaktoren werden Elemente der Umwelt bezeichnet, die einen positiven oder negativen Einfluss auf die Existenz und geografische Verteilung von Lebewesen haben.

Herkömmlicherweise werden alle Faktoren in drei Gruppen eingeteilt: abiotisch, biotisch, anthropogen.

Unter abiotischen Faktoren versteht man alle Eigenschaften der unbelebten Natur, die direkt oder indirekt auf lebende Organismen einwirken. Dies sind Temperatur, Licht, Druck, Luftfeuchtigkeit usw.

Im Rahmen des Themas betrachten wir nur abiotische Faktoren und insbesondere die Temperatur und ihre Rolle im Leben von Organismen.

Die Temperatur ist ein sehr variabler Umweltfaktor in Raum und Zeit. Beispielsweise schwankt die Temperatur auf der Landoberfläche stark, während sie auf dem Meeresboden und tief in Höhlen nahezu konstant ist.

In der Art des Einflusses von Umweltfaktoren auf Organismen und in ihren Reaktionen lassen sich bestimmte Muster erkennen.

3. Muster von Umweltfaktoren

Das erste Gesetz ist das Gesetz des Optimums. Jeder Faktor hat bestimmte Grenzen des positiven Einflusses auf Organismen. Die Grenzen einer wohltuenden Wirkung auf den Körper werden als Gesetz des Optimums bezeichnet.

Die maximal und minimal übertragbaren Werte eines Faktors sind kritische Punkte, jenseits derer eine Existenz nicht mehr möglich ist.

Ein Diagramm der Wirkung von Umweltfaktoren auf lebende Organismen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 – Schema der Wirkung von Umweltfaktoren auf lebende Organismen

Jeder Organismustyp hat seine eigenen Ausdauergrenzen und optimale Werte für die Einwirkung von Umweltfaktoren. So vertragen Polarfüchse in der Tundra Lufttemperaturschwankungen von etwa 80 °C ° C (von +30 bis -50°). MIT)

Das zweite Muster ist die Mehrdeutigkeit der Wirkung des Faktors auf verschiedene Körperfunktionen. Derselbe Faktor hat unterschiedliche Auswirkungen auf die Körperfunktionen.

Die Lufttemperatur liegt also zwischen +40 und +50 ° C erhöht bei Kaltblütern die Geschwindigkeit von Stoffwechselprozessen erheblich, hemmt jedoch die motorische Aktivität und die Tiere fallen in thermischen Stupor (Anabiose). Ein Braunbär schläft bei einer Temperatur, aber für aktive Aktionen, Nahrungssuche und Fortpflanzung benötigt er eine andere Temperatur.

Das dritte Muster ist der Einfluss von Faktoren auf den Körper. Umweltfaktoren wirken nicht einzeln, sondern gegenseitig (Tabelle 1). Die Wechselwirkung besteht darin, dass eine Änderung der Intensität eines dieser Faktoren die Ausdauergrenze eines anderen Faktors verengen oder umgekehrt erhöhen kann.

Beispielsweise erhöht eine optimale Temperatur die Toleranz gegenüber Feuchtigkeits- und Nahrungsmangel. Starker Frost ohne Wind ist leichter zu ertragen und bei windigem Wetter mit starkem Frost ist die Wahrscheinlichkeit von Erfrierungen hoch.

Tabelle 1 – Zusammenspiel der Faktoren

Temperatur, ° Luftfeuchtigkeit, % Luftbewegung, m/s17,7 22,4 25100 70 200,0 0,5 2,5

Die Empfindungen von Organismen sind für verschiedene Kombinationen von drei Faktoren gleich.

Die vierte Regel ist die Regel des limitierenden Faktors. Wenn die Wirkung eines Faktors über kritische Punkte – Grenzen der Belastbarkeit – hinausgeht, wird die Existenz der Art unmöglich. Mangelnde Wärme verhindert beispielsweise die Ausbreitung einiger Obstpflanzenarten nach Norden (Pfirsiche, Walnüsse).

Nach der Theorie von Charles Darwin sind alle Organismen veränderlich und anpassungsfähig.

Anpassung ist ein System zur Regulierung von Stoffwechselprozessen und physiologischen Eigenschaften, das eine maximale Anpassungsfähigkeit von Organismen an Umweltbedingungen gewährleistet.

4. Temperatur

Temperaturen sind die Grenzen der Existenz von Leben. Im Durchschnitt liegen sie bei 0 ° Von bis +50 ° Einige Arten sind jedoch an eine aktive Existenz bei Temperaturen jenseits dieser Grenzen angepasst.

Arten, die Kälte bevorzugen (Kryophile), bleiben bis -10 aktiv ° C. Bakterien, Pilze, Flechten, Moose und Arthropoden können Unterkühlung tolerieren. Auch Bäume und Pflanzen überwinden Unterkühlung.

Es gibt eine Gruppe von Organismen, die hohe Temperaturen bevorzugen – Thermophile. Dies sind Würmer, Insekten, Milben, die in Wüsten leben, und Bakterien. Latente Organismen (Sporen einiger Bakterien, Pflanzensamen usw.) können einer Überhitzung bis zu 180° standhalten MIT.

abiotisches Tier zur Temperaturanpassung

5. Temperaturanpassungen

1 Temperaturanpassungen in Pflanzen

Pflanzen sind unbewegliche Organismen und müssen sich daher an Temperaturschwankungen anpassen. Sie verfügen über spezielle Systeme, die vor Unterkühlung oder Überhitzung schützen. Beispielsweise ist Transpiration das System der Verdunstung von Wasser durch Pflanzen über den Spaltöffnungsapparat. Einige Pflanzen sind sogar feuerresistent geworden – man nennt sie Pyrophyten. So haben Savannenbäume eine dicke Rinde, die mit feuerbeständigen Substanzen imprägniert ist.

5.2 Thermische Anpassungen von Tieren

Tiere haben im Vergleich zu Pflanzen eine größere Fähigkeit, sich an Temperaturänderungen anzupassen. Sie sind bewegungsfähig, haben eigene Muskeln und produzieren ihre eigene Wärme.

Abhängig von den Mechanismen zur Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur gibt es:

-poikilotherme (kaltblütige) Tiere;

-homöotherme (warmblütige) Tiere.

Zu den Kaltblütern zählen Insekten, Fische, Reptilien und Amphibien. Ihre Körpertemperatur ändert sich zusammen mit der Umgebungstemperatur.

Warmblüter sind Tiere mit einer konstanten Körpertemperatur, die diese auch bei starken Schwankungen der Außentemperatur aufrechterhalten kann. Dies sind Säugetiere und Vögel.

6. Hauptmethoden der Temperaturanpassung

Um unter bestimmten Umweltbedingungen zu leben und sich fortzupflanzen, haben Tiere und Pflanzen im Laufe der Evolution vielfältige Anpassungen und Systeme entwickelt, um sich an diese Umgebung anzupassen.

Es gibt folgende Möglichkeiten der Temperaturanpassung:

-chemische Thermoregulation – eine Zunahme der Wärmeproduktion als Reaktion auf eine Abnahme der Umgebungstemperatur;

-physikalische Thermoregulation – die Fähigkeit, Wärme durch Haare und Federn zu speichern, die Verteilung von Fettreserven, die Möglichkeit der Verdunstungswärmeübertragung usw.

-Verhaltensthermoregulation – die Fähigkeit, sich von Orten mit extremen Temperaturen zu Orten mit optimalen Temperaturen zu bewegen. Dies ist die wichtigste Art der Thermoregulation bei poikilothermen Tieren. Wenn die Temperatur steigt, neigen sie dazu, ihre Position zu ändern oder sich im Schatten, in einem Loch, zu verstecken. Bienen, Termiten und Ameisen bauen Nester mit gut regulierten Temperaturen in ihrem Inneren.

Um die Perfektion der Thermoregulation bei höheren Tieren und Menschen zu veranschaulichen, kann das folgende Beispiel angeführt werden. Vor etwa 200 Jahren führte Dr. C. Blagden in England das folgende Experiment durch: Er verbrachte zusammen mit Freunden und einem Hund 45 Minuten. in einer Trockenkammer bei +126 °C ohne gesundheitliche Folgen. Fans der finnischen Sauna wissen, dass man in der Sauna einige Zeit mit einer Temperatur von über +100 °C (pro Person) verbringen kann, und das ist gut für die Gesundheit. Wir wissen aber auch, dass ein Stück Fleisch gar wird, wenn man es bei dieser Temperatur hält.

Warmblüter verstärken bei Kälteeinwirkung oxidative Prozesse, insbesondere in der Muskulatur. Die chemische Thermoregulation kommt ins Spiel. Es kommt zu Muskelzittern, das zu einer zusätzlichen Wärmeabgabe führt. Der Fettstoffwechsel wird besonders gefördert, da Fette einen erheblichen Vorrat an chemischer Energie enthalten. Daher sorgt die Ansammlung von Fettreserven für eine bessere Thermoregulation.

Eine erhöhte Wärmeproduktion geht mit dem Verzehr großer Nahrungsmengen einher. Vögel, die über den Winter bleiben, brauchen also viel Futter; sie haben keine Angst vor Frost, sondern vor Futtermangel. Bei guter Ernte schlüpfen beispielsweise Fichten- und Kiefernfichtenkreuzschnäbel auch im Winter Küken. Menschen – Bewohner rauer sibirierischer oder nördlicher Regionen – haben von Generation zu Generation ein kalorienreiches Menü entwickelt – traditionelle Knödel und andere kalorienreiche Lebensmittel. Bevor wir der modischen westlichen Ernährung folgen und die Nahrung unserer Vorfahren ablehnen, müssen wir uns daher an die in der Natur vorhandene Zweckmäßigkeit erinnern, die den langjährigen Traditionen der Menschen zugrunde liegt.

Ein wirksamer Mechanismus zur Regulierung des Wärmeaustauschs bei Tieren wie auch bei Pflanzen ist die Verdunstung von Wasser durch Schwitzen oder durch die Schleimhäute des Mundes und der oberen Atemwege. Dies ist ein Beispiel für physikalische Thermoregulation. Ein Mensch kann bei extremer Hitze bis zu 12 Liter Schweiß pro Tag produzieren und damit zehnmal mehr Wärme abgeben als normal. Das ausgeschiedene Wasser muss teilweise über das Trinken wieder zugeführt werden.

Warmblüter zeichnen sich wie Kaltblüter durch eine Verhaltensthermoregulation aus. In den Bauen unterirdisch lebender Tiere sind die Temperaturschwankungen umso geringer, je tiefer der Bau ist. In geschickt gebauten Bienennestern wird ein gleichmäßiges, günstiges Mikroklima aufrechterhalten.

Von besonderem Interesse ist das Gruppenverhalten von Tieren. Bei starkem Frost und Schneestürmen bilden Pinguine beispielsweise eine „Schildkröte“ – einen dichten Haufen. Wer sich am Rande befindet, gelangt nach und nach ins Innere, wo die Temperatur bei etwa +37 °C gehalten wird. Dort drinnen werden auch die Jungen untergebracht.

Daher ist Lebensraum einer der Schlüsselbegriffe der Ökologie. Bei der Beurteilung des Einflusses von Umweltfaktoren auf lebende Organismen ist die Intensität ihrer Wirkung wichtig: Bei günstigen Bedingungen spricht man von optimaler, bei Überschuss oder Mangel von der begrenzenden Wirkung von Umweltfaktoren (Ausdauergrenzen).

Im Laufe der Evolution und unter dem Einfluss veränderter Umweltfaktoren hat die belebte Natur eine große Vielfalt erreicht. Doch der Prozess hat nicht aufgehört: Natürliche Bedingungen ändern sich, Organismen passen sich veränderten Umweltbedingungen an und entwickeln Anpassungssysteme, um eine extreme Anpassungsfähigkeit an die Lebensbedingungen zu gewährleisten. Diese Fähigkeit von Organismen, sich an Umweltveränderungen anzupassen, ist die wichtigste ökologische Eigenschaft, die die Konsistenz zwischen Lebewesen und ihrer Umwelt gewährleistet.

Literaturverzeichnis

Pädagogische Literatur

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Die meisten Pflanzen- und Tierarten sind an einen relativ engen Temperaturbereich angepasst. Einige Organismen, insbesondere im Ruhezustand oder im Schwebezustand, können relativ niedrigen Temperaturen standhalten. Die Temperaturschwankungen im Wasser sind in der Regel geringer als an Land, sodass die Grenzen der Temperaturtoleranz von Wasserorganismen schlechter sind als die von Landorganismen. Die Intensität des Stoffwechsels hängt von der Temperatur ab. Grundsätzlich leben Organismen bei Temperaturen von 0 bis +50 °C auf der Sandoberfläche in der Wüste und bis zu -70 °C in einigen Gebieten Ostsibiriens. Der durchschnittliche Temperaturbereich liegt in terrestrischen Lebensräumen zwischen +50 und –50 °C und in den Ozeanen zwischen +2 und +27 °C. Beispielsweise können Mikroorganismen einer Abkühlung auf –200 °C standhalten, bestimmte Bakterien- und Algenarten können in heißen Quellen bei Temperaturen von +80, +88 °C leben und sich vermehren.

Unterscheiden tierische Organismen:

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Die meisten Pflanzen- und Tierarten sind an einen relativ engen Temperaturbereich angepasst. Einige Organismen, insbesondere im Ruhezustand oder im Schwebezustand, können relativ niedrigen Temperaturen standhalten. Die Temperaturschwankungen im Wasser sind in der Regel geringer als an Land, sodass die Grenzen der Temperaturtoleranz von Wasserorganismen schlechter sind als die von Landorganismen. Die Intensität des Stoffwechsels hängt von der Temperatur ab. Grundsätzlich leben Organismen bei Temperaturen von 0 bis +50 °C auf der Sandoberfläche in der Wüste und bis zu -70 °C in einigen Gebieten Ostsibiriens. Der durchschnittliche Temperaturbereich liegt in terrestrischen Lebensräumen zwischen +50 und –50 °C und in den Ozeanen zwischen +2 und +27 °C.

Beispielsweise können Mikroorganismen einer Abkühlung auf –200 °C standhalten, bestimmte Bakterien- und Algenarten können in heißen Quellen bei Temperaturen von +80, +88 °C leben und sich vermehren.

Unterscheiden tierische Organismen:

1. mit konstanter Körpertemperatur (Warmblüter);
2. mit instabiler Körpertemperatur (kaltblütig).

Organismen mit instabiler Körpertemperatur (Fische, Amphibien, Reptilien)

In der Natur ist die Temperatur nicht konstant. Organismen, die in gemäßigten Breiten leben und Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, vertragen konstante Temperaturen schlechter. Starke Schwankungen – Hitze, Frost – sind für Organismen ungünstig. Tiere haben Anpassungen entwickelt, um mit Abkühlung und Überhitzung umzugehen. Mit Beginn des Winters treten beispielsweise Pflanzen und Tiere mit instabiler Körpertemperatur in einen Zustand der Winterruhe ein. Ihre Stoffwechselrate nimmt stark ab. Als Vorbereitung auf den Winter werden im tierischen Gewebe viele Fette und Kohlenhydrate gespeichert, der Wasseranteil in den Ballaststoffen nimmt ab, Zucker und Glycerin reichern sich an, was ein Einfrieren verhindert. Dies erhöht die Frostbeständigkeit überwinternder Organismen.

In der heißen Jahreszeit hingegen werden physiologische Mechanismen aktiviert, die vor Überhitzung schützen. Bei Pflanzen nimmt die Feuchtigkeitsverdunstung durch die Spaltöffnungen zu, was zu einer Senkung der Blatttemperatur führt. Bei Tieren erhöht sich die Wasserverdunstung über die Atemwege und die Haut.

Organismen mit konstanter Körpertemperatur. (Vögel, Säugetiere)

Bei diesen Organismen kam es zu Veränderungen in der inneren Struktur ihrer Organe, die zu ihrer Anpassung an eine konstante Körpertemperatur beitrugen. Dies ist zum Beispiel ein 4-Kammer-Herz und das Vorhandensein eines Aortenbogens, der eine vollständige Trennung des arteriellen und venösen Blutflusses, einen intensiven Stoffwechsel durch die Versorgung des Gewebes mit sauerstoffgesättigtem arteriellem Blut, Federn oder Haare, die den Körper bedecken, gewährleistet , das hilft, Wärme zu speichern, gut entwickelte Nervenaktivität) . All dies ermöglichte es Vertretern von Vögeln und Säugetieren, bei plötzlichen Temperaturänderungen aktiv zu bleiben und alle Lebensräume zu beherrschen.

Unter natürlichen Bedingungen bleibt die Temperatur sehr selten auf einem für das Leben günstigen Niveau. Daher entwickeln Pflanzen und Tiere spezielle Anpassungen, die plötzliche Temperaturschwankungen abschwächen. Tiere wie Elefanten haben größere Ohren als ihr Vorfahre, das Mammut, das in kalten Klimazonen lebte. Neben dem Hörorgan dient die Ohrmuschel als Thermostat. Zum Schutz vor Überhitzung entwickeln Pflanzen einen wachsartigen Überzug und eine dicke Kutikula.

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Unterkühlung (Hypothermie)- ein Zustand, der durch einen Abfall der Körpertemperatur des Tieres unter 37,0 °C gekennzeichnet ist, da der Prozess der Wärmeübertragung vom Körper den Prozess der Wärmeerzeugung überwiegt.

Dies kann aus einer Reihe von Gründen geschehen, wie z. B. längere Einwirkung von Bedingungen mit niedrigen Temperaturen, kaltem Wasser, Schockzuständen (traumatischer, schmerzhafter, anaphylaktischer, hypovolämischer Schocktyp), Infektionskrankheiten, Diabetes mellitus, unvollständigen Thermoregulationsmechanismen (z. B , bei Welpen), hormonelle Störungen.

Klinische Anzeichen.

Bei Unterkühlung steht das Tier nicht auf und verspürt eine allgemeine Depression, die durch extrem schwere Stoffwechsel- und Energiestörungen in den Zellen sowie Funktionsstörungen lebenswichtiger Organe verursacht wird. Tiere neigen dazu, sich an einen warmen Ort zu legen und sich zu einer Kugel zusammenzurollen. Das Fell wird zerzaust, wodurch sich der Luftspalt zwischen der Außenluft und der Haut vergrößert. Es kommt zu Muskelzittern, wodurch es zu zusätzlicher Hitzeentwicklung kommt. Es kommt zu einer Verengung der Blutgefäße an der Körperoberfläche (peripherer Vasospasmus), wodurch der Wärmeverlust von der Hautoberfläche verringert wird. Gleichzeitig werden die Haut und die sichtbaren Schleimhäute blasser und kühler. Mit fortschreitender Unterkühlung hört das Tier auf zu zittern und der Puls wird schwach oder fehlt. Die Atmung ist flach und selten. Herzschläge sind schwer zu erkennen und ihre Häufigkeit ist stark reduziert. Es kommt zu schweren Herzrhythmusstörungen. Ein weiterer Temperaturabfall geht mit schweren Störungen der Körperfunktionen und seinem Tod einher.

Notfallversorgung.

Die Anhebung der Körpertemperatur auf den Normalwert ist das Hauptziel bei der Behandlung eines Tieres mit Symptomen einer Unterkühlung, unabhängig von den Gründen für den Temperaturabfall.

TEMPERATUR

Dies wird durch folgende Methoden erreicht:

1. Passive Methode. Decken Sie das Tier mit einer Decke ab, um den Wärmeverlust zu reduzieren. Dies hilft bei leichter Unterkühlung.
2. Aktive äußere Erwärmung. Für diese Methode werden Heizkissen, Haartrockner und Luftwärmedecken verwendet. Darüber hinaus müssen für eine höhere Effizienz nicht die Pfoten, sondern der Körper des Tieres erwärmt werden.
3. Aktive innere Erwärmung. Wird in Fällen verwendet, in denen andere Methoden unwirksam sind. Dabei werden dem Tier warme Flüssigkeiten (z. B. 0,9 %ige Natriumchloridlösung) intravenös infundiert oder eine Bauchdialyse mit derselben Lösung durchgeführt. Diese Methode wird nur von qualifizierten Ärzten im klinischen Umfeld durchgeführt.

Es ist notwendig, die Körpertemperatur des Tieres regelmäßig zu messen. Bei schwerer Unterkühlung benötigt das verletzte Tier zusätzlich zur Erwärmung eine intensive Therapie, die nicht nur darauf abzielt, bestehende Funktionsstörungen von Organen und Systemen zu korrigieren, sondern auch möglichen Komplikationen vorzubeugen. Die Hauptbemühungen konzentrieren sich auf die Aufrechterhaltung einer angemessenen Atmung, einer effektiven Durchblutung, eines optimalen Stoffwechsels, der Verhinderung einer weiteren Abkühlung und einer allmählichen aktiven Erwärmung des Körpers.

Verhütung.

1. Lassen Sie Ihr Tier nicht längere Zeit in einem kalten Raum.
2. Wenn Sie Besitzer eines kurzhaarigen Hundes sind, denken Sie daran, dass die Spaziergänge mit dem Tier bei starkem Frost kurz sein sollten.
3. Kaufen Sie für den Winter Stiefel und warme Overalls für Ihren Hund.

Poikilotherme und homöotherme Organismen. Vertreter der meisten Arten lebender Organismen verfügen nicht über die Fähigkeit, ihren Körper aktiv zu thermoregulieren. Ihre Aktivität hängt in erster Linie von der von außen kommenden Wärme ab, ihre Körpertemperatur hängt von der Umgebungstemperatur ab. Solche Organismen werden genannt poikilotherm (ektotherm). Poikilothermie ist charakteristisch für alle Mikroorganismen, Pflanzen, Wirbellosen und die meisten Akkordaten.

Nur bei Vögeln und Säugetieren dient die im Prozess des intensiven Stoffwechsels erzeugte Wärme als recht zuverlässige Quelle zur Erhöhung und Aufrechterhaltung der Körpertemperatur ihr unabhängig von der Umgebungstemperatur auf einem konstanten Niveau. Dies wird durch die gute Wärmeisolierung des Fells, das dichte Gefieder und eine dicke Schicht Unterhautfettgewebes erleichtert. Solche Organismen werden genannt homöotherm (endotherm oder warmblütig). Die Eigenschaft der Endothermie ermöglicht es vielen Tierarten (Eisbären, Flossenfüßer, Pinguine usw.), bei niedrigen Temperaturen einen aktiven Lebensstil zu führen.

Ein Sonderfall der HomoYothermie - Heterothermie- charakteristisch für Tiere, die in ungünstigen Jahreszeiten Winterschlaf halten oder vorübergehend träge werden (Ziesel, Igel, Fledermäuse, Siebenschläfer usw.). Im aktiven Zustand halten sie eine hohe, bei geringer Körperaktivität eine niedrigere Körpertemperatur aufrecht, was mit einer Verlangsamung der Stoffwechselprozesse und damit einhergehend einer geringen Wärmeübertragung einhergeht.

Temperaturanpassung von Pflanzen. Die optimale Temperatur für die meisten Landpflanzen liegt bei +25–30 °C und für wärmebedürftige Pflanzen wie Mais, Bohnen, Sojabohnen und andere Arten tropischen und subtropischen Ursprungs bei +30–35 °C. Es ist zu beachten, dass es für jede Phase und jedes Stadium der Pflanzenentwicklung sowohl ein optimales Temperaturregime als auch Ober- und Untergrenzen gibt.

Wenn die Pflanze hohen Temperaturen ausgesetzt ist Es kommt zu schwerer Dehydrierung und Austrocknung, Verbrennungen, Zerstörung von Chlorophyll, irreversiblen Atemwegserkrankungen und schließlich zu thermischer Denaturierung von Proteinen, Koagulation des Zytoplasmas und Tod.

Pflanzen sind in der Lage, dem gefährlichen Einfluss extrem hoher Temperaturen durch erhöhte Transpiration, Anreicherung von Schutzstoffen (Schleim, organische Säuren etc.) im Zytoplasma, Verschiebungen des Temperaturoptimums der Aktivität der wichtigsten Enzyme, Übergang zu standzuhalten ein Zustand tiefer Ruhe sowie die Besetzung temporärer Lebensräume, die vor starker Überhitzung geschützt sind Dies bedeutet, dass sich bei einigen Pflanzen die gesamte Vegetationsperiode in eine Jahreszeit mit günstigeren thermischen Bedingungen verschiebt. So gibt es in Wüsten und Steppen viele Pflanzenarten, die ihre Vegetationsperiode sehr früh im Frühjahr beginnen und es schaffen, sie vor dem Einsetzen der Sommerhitze zu beenden. Sie überleben diese Bedingungen in einem Zustand der Sommerruhe – die Samen sind bereits gereift oder unterirdische Organe sind erschienen – Zwiebeln, Knollen, Rhizome (Tulpen, Krokusse, Knollengrasgras usw.)

Die morphologischen Anpassungen, die eine Überhitzung verhindern, sind im Wesentlichen dieselben, die der Pflanze dazu dienen, den Fluss der Sonnenstrahlung zu reduzieren. Dies ist eine glänzende Oberfläche und eine dichte Behaarung, die den Blättern eine helle Farbe verleiht und die Reflexion der Sonnenstrahlung, die vertikale Position der Blätter, das Einrollen der Blattspreiten (bei Getreide), die Verringerung der Blattoberfläche usw. verstärkt Strukturmerkmale von Pflanzen ermöglichen ihnen gleichzeitig, den Wasserverlust zu reduzieren. Somit spiegelt sich die komplexe Wirkung von Umweltfaktoren auf den Körper in der Komplexität der Anpassung wider.

Gefahr durch niedrige Temperaturen Bei Pflanzen kommt es darauf an, dass Wasser in den Interzellularräumen und Zellen gefriert und es in der Folge zu Austrocknung und mechanischer Schädigung der Zellen kommt, gefolgt von der Koagulation von Proteinen und der Zerstörung des Zytoplasmas. Kälte hemmt die Prozesse des Pflanzenwachstums, der Photosynthese und der Chlorophyllbildung, verringert die Energieeffizienz der Atmung und verlangsamt die Entwicklungsgeschwindigkeit erheblich.

Um den ungünstigen Bedingungen der kalten Jahreszeit standzuhalten, werden Pflanzen im Voraus vorbereitet: Ihre Blätter fallen und in krautigen Formen - oberirdische Organe, Pubertät der Knospenschuppen, Winterteer der Knospen (bei Nadelbäumen), das Bildung einer dicken Nagelhaut, einer verdickten Korkschicht usw.

Unter den morphologischen Anpassungen von Pflanzen an das Leben in kalten Breiten sind geringe Größe (Zwergwuchs) und besondere Wachstumsformen wichtig. Die Höhe von Zwergpflanzen (Zwergbirke, Zwergweide etc.) entspricht in der Regel der Tiefe der Schneedecke, unter der die Pflanzen überwintern, da alle über den Schnee ragenden Teile durch Frost absterben. Ein ähnlicher Kälteschutz ist auch für kriechende Formen charakteristisch – Elfenbäume (Zeder, Wacholder, Eberesche usw.) und kissenförmige Formen, die durch verstärkte Verzweigung und extrem langsames Triebwachstum entstehen.

Ein Beispiel für die physiologische Anpassung von Pflanzen, die das Gefrieren von Wasser in den Interzellularräumen und Zellen, deren Austrocknung und mechanische Beschädigung verhindert, ist eine Erhöhung der Konzentration löslicher Kohlenhydrate im Zellsaft, die zur Senkung des Gefrierpunkts beiträgt.

Temperaturanpassung von Tieren. Im Vergleich zu Pflanzen verfügen Tiere über eine vielfältigere Fähigkeit, sich an die Auswirkungen unterschiedlicher Temperaturen anzupassen. Typischerweise gibt es drei Hauptarten der Temperaturanpassung: 1) chemische Thermoregulierung (erhöhte Wärmeproduktion als Reaktion auf eine Abnahme der Umgebungstemperatur); 2) physikalische Thermoregulation (Änderungen im Grad der Wärmeübertragung, die Fähigkeit, Wärme zu speichern oder umgekehrt deren Überschuss abzuleiten); 3) Verhaltensthermoregulation (Vermeidung ungünstiger Temperaturen durch Bewegung im Raum oder Verhaltensänderung auf komplexere Weise).

Poikilotherme Tiere zeichnen sich im Gegensatz zu homöothermen Tieren durch eine geringere Stoffwechselrate selbst bei gleicher Körpertemperatur aus. Beispielsweise verbraucht ein Wüstenleguan bei einer Temperatur von +37 °C siebenmal weniger Sauerstoff als Nagetiere mit der gleichen Masse. Aus diesem Grund wird im Körper ioikilothermer Tiere wenig Wärme erzeugt und die Möglichkeiten der chemischen und physikalischen Thermoregulation sind daher vernachlässigbar. Ihre Körpertemperatur regulieren sie vor allem durch Verhaltensmerkmale – Haltungswechsel, aktive Suche nach günstigen klimatischen Bedingungen, Veränderung von Lebensräumen, selbstständige Schaffung des gewünschten Mikroklimas (Nester bauen, Löcher graben usw.).

Messung der Körpertemperatur bei Tieren

P.). Bei extremer Hitze verstecken sich Tiere beispielsweise im Schatten, verstecken sich in Höhlen, und einige Arten von Wüsteneidechsen und -schlangen klettern auf Büsche und vermeiden den Kontakt mit der heißen Bodenoberfläche.

Einige poikilotherme Tiere sind in der Lage, durch Muskelfunktion eine optimale Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. So erwärmen Hummeln ihren Körper durch die Aktivierung von Muskelkontraktionen (Frösteln) auf +32 und 33°C, was ihnen die Möglichkeit gibt, bei kühlem Wetter abzuheben und zu fressen.

Die Homöothermie entwickelte sich aus der Poikilothermie durch die Intensivierung von Stoffwechselprozessen und die Verbesserung von Methoden zur Regulierung des Wärmeaustauschs von Tieren mit der Umwelt. Eine wirksame Regulierung der Wärmezufuhr und -abgabe ermöglicht es erwachsenen homöothermen Tieren, zu jeder Jahreszeit eine konstante optimale Körpertemperatur aufrechtzuerhalten.

Aufgrund der hohen Stoffwechselrate und der Produktion erheblicher Wärmemengen zeichnen sich homöotherme Tiere durch eine hohe Fähigkeit zur chemischen Thermoregulation aus, die besonders bei Kälteeinwirkung wichtig ist. Die Aufrechterhaltung der Temperatur aufgrund der erhöhten Wärmeproduktion erfordert jedoch einen hohen Energieaufwand, sodass Tiere in der kalten Jahreszeit viel Futter benötigen oder viele zuvor angesammelte Fettreserven verbrauchen. Vögel, die über den Winter bleiben, haben beispielsweise weniger Angst vor Frost als vielmehr vor Nahrungsmangel. Bei einer guten Ernte von Fichten- und Kiefernsamen schlüpfen Fichtenkreuzschnäbel im Winter sogar Küken. Bei Nahrungsmangel im Winter ist diese Art der Thermoregulation jedoch ökologisch unrentabel und daher bei Polarfüchsen, Walrossen, Robben, Eisbären und anderen am Polarkreis lebenden Tieren nur unzureichend entwickelt.

Die physikalische Thermoregulation, die die Anpassung an Kälte nicht durch zusätzliche Wärmeproduktion, sondern durch deren Speicherung im Körper des Tieres gewährleistet, erfolgt durch reflexartige Verengung und Erweiterung der Blutgefäße der Haut, Änderung ihrer Wärmeleitfähigkeit und Änderung der Wärmedämmung Eigenschaften von Fell und Federn und reguliert die Verdunstungswärmeübertragung.

Das dichte Fell von Säugetieren und die Federdecke von Vögeln ermöglichen es, um den Körper eine Luftschicht mit einer Temperatur nahe der Körpertemperatur des Tieres aufrechtzuerhalten und dadurch die Wärmeübertragung an die äußere Umgebung zu reduzieren. Bewohner kalter Klimazonen verfügen über eine gut entwickelte Unterhautfettschicht, die gleichmäßig im Körper verteilt ist und ein guter Wärmeisolator ist.

Ein wirksamer Mechanismus zur Regulierung des Wärmeaustausches ist auch die Verdunstung von Wasser durch Schwitzen oder durch die feuchten Schleimhäute der Mundhöhle (z. B. bei Hunden). So kann ein Mensch bei extremer Hitze mehr als 10 Liter Schweiß pro Tag absondern und so zur Abkühlung des Körpers beitragen.

Verhaltensmethoden zur Regulierung des Wärmeaustauschs bei homöothermen Tieren sind die gleichen wie bei poikilothermen Tieren.

Die Kombination wirksamer Methoden der chemischen, physikalischen und verhaltensbezogenen Thermoregulation ermöglicht es Warmblütern, ihr thermisches Gleichgewicht vor dem Hintergrund großer Schwankungen der Umgebungstemperatur aufrechtzuerhalten.

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Der Boden ist ein Zwischenmedium zwischen Wasser (Temperaturbedingungen, niedriger Sauerstoffgehalt, Sättigung mit Wasserdampf, Vorhandensein von Wasser und Salzen) und Luft (Lufthohlräume, plötzliche Änderungen der Luftfeuchtigkeit und Temperatur in den oberen Schichten). Für viele Arthropoden war der Boden das Medium, durch das sie von einer aquatischen zu einer terrestrischen Lebensweise übergehen konnten.

Die wichtigsten Indikatoren für die Eigenschaften des Bodens, die seine Fähigkeit widerspiegeln, als Lebensraum für lebende Organismen zu dienen, sind Feuchtigkeit, Temperatur und Bodenstruktur. Alle drei Indikatoren stehen in engem Zusammenhang miteinander. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit und die Bodenbelüftung verschlechtert sich. Je höher die Temperatur, desto mehr Verdunstung findet statt.

Die in der Pflanze ablaufenden physiologischen Prozesse, die lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen und der Bodenfauna sowie die chemischen Prozesse der Stoff- und Energieumwandlung sind nur innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen möglich.

Der Einfluss der Bodentemperatur auf Pflanzen beginnt bereits in den ersten Phasen ihres Wachstums und ihrer Entwicklung. Darüber hinaus stellen einzelne Pflanzen unterschiedliche Anforderungen an die Bodentemperaturbedingungen. Neben den extremen Temperaturgrenzen, die das Temperaturminimum und -maximum für einzelne Pflanzenarten charakterisieren, gibt es ein gewisses Optimum. Die Temperaturanforderungen bestimmter Pflanzen ändern sich während ihres Wachstums und ihrer Entwicklung.

Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens ist die Wärmemenge, die durch eine Bodenschicht mit einer Fläche von 1 cm2 und einer Dicke von 1 cm in einer dazu senkrechten Richtung fließt, mit einem Unterschied von 1 °C auf beiden Seiten der Schicht. Die Wärmeleitfähigkeit hängt ebenso wie die Wärmekapazität von der granulometrischen und chemischen Zusammensetzung des Bodens sowie seinem Feuchtigkeitsgehalt ab. Trockene, gut durchfeuchtete Böden leiten die Wärme schlecht; feuchte, schwere Böden weisen eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit auf.

Wasser (25-30 %) im Boden wird durch 4 Arten repräsentiert: Gravitationswasser, hygroskopisches (gebundenes), Kapillarwasser und Dampfwasser. Gravitation- Fließendes Wasser, das weite Räume zwischen den Bodenpartikeln einnimmt, sickert unter seinem Eigengewicht bis zum Grundwasserspiegel. Wird leicht von Pflanzen aufgenommen. Hygroskopisch oder verwandt- adsorbiert um kolloidale Partikel (Ton, Quarz) des Bodens und wird aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen in Form eines dünnen Films festgehalten. Bei hohen Temperaturen (102-105°C) wird es aus ihnen freigesetzt. Es ist für Pflanzen unzugänglich und verdunstet nicht. Kapillar- durch Oberflächenspannung um Bodenpartikel herum gehalten. Durch enge Poren und Kanäle – Kapillaren – steigt es aus dem Grundwasserspiegel auf oder entweicht aus Hohlräumen mit Gravitationswasser. Es wird von Lehmböden besser zurückgehalten und verdunstet leicht. Pflanzen nehmen es leicht auf.