Batteri termali. Gli estremofili sono organismi che vivono in habitat estremi. I più comunemente usati sono sette criteri generali della forma

La temperatura è il fattore ambientale più importante. La temperatura ha un enorme impatto su molti aspetti della vita degli organismi, sulla loro geografia di distribuzione, riproduzione e altre proprietà biologiche degli organismi, che dipendono principalmente dalla temperatura. Gamma, cioè l'intervallo di temperature in cui può esistere la vita va da circa -200 ° C a + 100 ° C, a volte si riscontra l'esistenza di batteri nelle sorgenti termali a una temperatura di 250 ° C. In effetti, la maggior parte degli organismi può sopravvivere in un intervallo di temperatura ancora più ristretto.

Alcuni tipi di microrganismi, principalmente batteri e alghe, possono vivere e moltiplicarsi nelle sorgenti termali a temperature prossime al punto di ebollizione. Il limite superiore di temperatura per i batteri delle sorgenti termali è di circa 90 ° C. La variabilità della temperatura è molto importante da un punto di vista ambientale.

Qualsiasi specie è in grado di vivere solo entro un certo intervallo di temperatura, le cosiddette temperature massime e minime letali. Al di fuori di queste temperature estreme critiche, freddo o caldo, si verifica la morte dell'organismo. Da qualche parte tra di loro, c'è una temperatura ottimale alla quale è attiva l'attività vitale di tutti gli organismi, la materia vivente nel suo insieme.

Dalla tolleranza degli organismi a regime di temperatura si dividono in euritermali e stenotermici, cioè in grado di resistere alle fluttuazioni di temperatura all'interno di intervalli ampi o ristretti. Ad esempio, licheni e molti batteri possono vivere a temperature diverse, oppure orchidee e altre piante termofile nelle zone tropicali sono stenotermiche.

Alcuni animali sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante, indipendentemente dalla temperatura. l'ambiente... Tali organismi sono chiamati omeotermici. In altri animali, la temperatura corporea cambia a seconda della temperatura ambiente. Si chiamano poichilotermici. A seconda del modo in cui gli organismi si adattano al regime di temperatura, si dividono in due gruppi ecologici: criofille - organismi adattati al freddo, alle basse temperature; termofili - o termofili.

La regola di Allen- la regola ecogeografica stabilita da D. Allen nel 1877. Secondo questa regola, tra le forme affini di animali omeotermici (a sangue caldo) che conducono uno stile di vita simile, quelli che vivono in climi più freddi hanno parti del corpo sporgenti relativamente più piccole: orecchie, gambe, code, ecc.

La riduzione delle parti sporgenti del corpo porta ad una diminuzione della superficie relativa del corpo e aiuta a risparmiare calore.

Un esempio di questa regola sono i rappresentanti della famiglia Canina di varie regioni. Le orecchie più piccole (rispetto alla lunghezza del corpo) e il muso meno allungato in questa famiglia si trovano nella volpe artica (gamma - Artico), e le orecchie più grandi e un muso stretto e allungato - nella volpe fennec (gamma - Sahara).

Inoltre, questa regola è soddisfatta in relazione alle popolazioni umane: il naso, le braccia e le gambe più corti (rispetto alle dimensioni del corpo) sono tipici dei popoli eschimesi-aleutini (eschimesi, inuit) e braccia e gambe lunghe per camion e tutsi.

La regola di Bergman- una regola ecogeografica formulata nel 1847 dal biologo tedesco Karl Bergman. La regola afferma che tra le forme simili di animali omeotermici (a sangue caldo), i più grandi sono quelli che vivono in climi più freddi - ad alte latitudini o in montagna. Se ci sono specie strettamente correlate (ad esempio specie dello stesso genere) che non differiscono in modo significativo nella natura della loro dieta e stile di vita, allora le specie più grandi si trovano anche in climi più rigidi (più freddi).

La regola si basa sul presupposto che la produzione totale di calore nelle specie endotermiche dipende dal volume del corpo e la velocità di trasferimento del calore dipende dalla sua superficie. Con un aumento delle dimensioni degli organismi, il volume del corpo cresce più velocemente della sua superficie. Sperimentalmente, questa regola è stata testata per la prima volta su cani di diverse dimensioni. Si è scoperto che la produzione di calore nei cani di piccola taglia è maggiore per unità di massa, ma indipendentemente dalle dimensioni rimane praticamente costante per unità di superficie.

La regola di Bergman è infatti spesso soddisfatta sia all'interno della stessa specie che tra specie strettamente imparentate. Ad esempio, la forma della tigre dell'Amur con Dell'Estremo Oriente più grande di Sumatra dall'Indonesia. Le sottospecie settentrionali del lupo sono mediamente più grandi di quelle meridionali. Tra le specie strettamente imparentate del genere, l'orso è il più grande che abita le latitudini settentrionali ( orso polare, orsi bruni con circa. Kodiak) e le specie più piccole (ad esempio, l'orso dagli occhiali) - in aree con un clima caldo.

Allo stesso tempo, questa regola è stata spesso criticata; notato che non può avere generale, poiché la taglia di mammiferi e uccelli è influenzata da molti altri fattori oltre alla temperatura. Inoltre, l'adattamento a un clima rigido a livello di popolazione e specie spesso non si verifica a causa di cambiamenti nelle dimensioni del corpo, ma a causa di cambiamenti di dimensioni organi interni(aumento delle dimensioni del cuore e dei polmoni) o per adattamenti biochimici. Tenendo conto di questa critica, va sottolineato che la regola di Bergman è di natura statistica e manifesta chiaramente il suo effetto, a parità di altre condizioni.

In effetti, ci sono molte eccezioni a questa regola. Così, la razza più piccola del mammut lanoso è conosciuta dall'isola polare di Wrangel; molte sottospecie di lupi della foresta sono più grandi di quelle della tundra (ad esempio, la sottospecie estinta della penisola di Kenai; si presume che le grandi dimensioni potrebbero dare a questi lupi un vantaggio nella caccia ai grandi alci che abitano la penisola). La sottospecie dell'Estremo Oriente del leopardo che vive sull'Amur è significativamente più piccola di quella africana. Negli esempi forniti, le forme confrontate differiscono nel loro modo di vivere (popolazioni insulari e continentali; sottospecie della tundra, che si nutrono di prede più piccole e sottospecie di foresta, che si nutrono di prede più grandi).

In relazione agli umani, la regola è in una certa misura applicabile (ad esempio, le tribù dei pigmei, apparentemente, ripetutamente e indipendentemente sono apparse in diverse regioni con un clima tropicale); tuttavia, a causa delle differenze nelle diete e nei costumi locali, della migrazione e della deriva genetica tra le popolazioni, sono imposte limitazioni all'applicabilità di questa regola.

La regola di Gloger consiste nel fatto che tra forme affini (razze diverse o sottospecie della stessa specie, specie affini) di animali omeotermici (a sangue caldo), quelle che vivono in un clima caldo e umido sono colorate più luminose di quelle che vivono in un clima freddo e clima asciutto. Installato nel 1833 da Costantino C. W. L .; 1803-1863, ornitologo polacco e tedesco.

Ad esempio, la maggior parte delle specie di uccelli del deserto sono più deboli rispetto ai loro cugini subtropicali e tropicali della foresta pluviale. La regola di Gloger può essere spiegata sia da considerazioni di mascheramento, sia dall'influenza delle condizioni climatiche sulla sintesi dei pigmenti. In una certa misura, la regola di Gloger si applica anche al consumo di animali kilotermici (a sangue freddo), in particolare insetti.

L'umidità come fattore ambientale

In origine, tutti gli organismi erano acquatici. Avendo conquistato la terra, non hanno perso la loro dipendenza dall'acqua. Una parte integrale di tutti gli organismi viventi è l'acqua. L'umidità è la quantità di vapore acqueo nell'aria. Non c'è vita senza umidità o acqua.

L'umidità è un parametro che caratterizza il contenuto di vapore acqueo nell'aria. L'umidità assoluta è la quantità di vapore acqueo nell'aria e dipende dalla temperatura e dalla pressione. Questa quantità è chiamata umidità relativa (cioè il rapporto tra la quantità di vapore acqueo nell'aria e la quantità satura di vapore in determinate condizioni di temperatura e pressione).

In natura, c'è un ritmo quotidiano di umidità. L'umidità oscilla verticalmente e orizzontalmente. Questo fattore, insieme alla luce e alla temperatura, svolge un ruolo importante nella regolazione dell'attività degli organismi e della loro distribuzione. L'umidità modifica anche l'effetto della temperatura.

L'aria di essiccazione è un importante fattore ambientale. Soprattutto per gli organismi terrestri, l'effetto essiccante dell'aria è di grande importanza. Gli animali si adattano, si spostano in luoghi protetti e conducono uno stile di vita attivo di notte.

Le piante assorbono acqua dal terreno ed evaporano quasi completamente (97-99%) attraverso le foglie. Questo processo è chiamato traspirazione. L'evaporazione raffredda le foglie. A causa dell'evaporazione, gli ioni vengono trasportati attraverso il suolo alle radici, gli ioni vengono trasportati tra le cellule, ecc.

Una certa quantità di umidità è assolutamente essenziale per gli organismi terrestri. Molti di loro hanno bisogno di un'umidità relativa del 100% per la vita normale e, viceversa, un organismo in uno stato normale non può vivere a lungo in aria assolutamente secca, perché perde costantemente acqua. L'acqua è una parte essenziale della materia vivente. Pertanto, la perdita di acqua in una quantità nota porta alla morte.

Le piante di un clima secco si adattano a cambiamenti morfologici, riduzione degli organi vegetativi, in particolare delle foglie.

Anche gli animali terrestri si adattano. Molti di loro bevono acqua, altri la succhiano attraverso il tegumento del corpo allo stato liquido o di vapore. Ad esempio, la maggior parte degli anfibi, alcuni insetti e zecche. La maggior parte degli animali del deserto non bevono mai, soddisfano i loro bisogni a spese dell'acqua fornita con il cibo. Altri animali ottengono acqua dall'ossidazione dei grassi.

L'acqua è assolutamente essenziale per gli organismi viventi. Pertanto, gli organismi si diffondono in tutto l'habitat, a seconda delle loro esigenze: gli organismi acquatici in acqua vivono costantemente; gli idrofiti possono vivere solo in ambienti molto umidi.

Dal punto di vista della valenza ecologica, gli idrofiti e gli igrofiti appartengono al gruppo degli stenogiger. L'umidità influisce fortemente sulle funzioni vitali degli organismi, ad esempio il 70% umidità relativa era molto favorevole per la maturazione in campo e la fertilità delle locuste migratorie femmine. Con una riproduzione favorevole, causano enormi danni economici alle colture in molti paesi.

Per la valutazione ecologica della distribuzione degli organismi, viene utilizzato l'indicatore della siccità climatica. La secchezza funge da fattore selettivo per la classificazione ecologica degli organismi.

Pertanto, a seconda delle caratteristiche dell'umidità del clima locale, le specie di organismi sono distribuite in gruppi ecologici:

1. Gli idatofiti sono piante acquatiche.

2. Le idrofite sono piante acquatiche terrestri.

3. Le igrofite sono piante terrestri che vivono in condizioni di elevata umidità.

4. I mesofiti sono piante che crescono con umidità media

5. Le xerofite sono piante che crescono con un'umidità insufficiente. A loro volta, sono divisi in: piante grasse - piante succulente (cactus); le sclerofite sono piante con foglie strette e piccole, e arricciate in tubi. Si suddividono anche in euxerofite e stipaxerofite. Le euxerofite sono piante della steppa. Le stipaxerofite sono un gruppo di erbe da tappeto erboso a foglia stretta (piuma, festuca, zampe fini, ecc.). A loro volta, i mesofiti sono anche divisi in mesoigrofiti, mesoxerofiti, ecc.

Pur essendo di valore inferiore alla temperatura, l'umidità è, tuttavia, uno dei principali fattori ambientali. Per gran parte della storia della natura vivente, il mondo organico è stato rappresentato esclusivamente dalle norme idriche degli organismi. L'acqua è parte integrante della stragrande maggioranza degli esseri viventi e quasi tutti hanno bisogno di un ambiente acquatico per riprodurre o fondere i gameti. Gli animali terrestri sono costretti a creare un artificiale ambiente acquatico per la fecondazione, e questo porta al fatto che quest'ultimo diventa interno.

L'umidità è la quantità di vapore acqueo nell'aria. Può essere espresso in grammi per metro cubo.

La luce come fattore ambientale. Il ruolo della luce nella vita degli organismi

La luce è una delle forme di energia. Secondo la prima legge della termodinamica, o legge di conservazione dell'energia, l'energia può passare da una forma all'altra. Secondo questa legge, gli organismi sono un sistema termodinamico che scambia costantemente energia e materia con l'ambiente. Gli organismi sulla superficie terrestre sono esposti al flusso di energia, principalmente l'energia solare, nonché alle radiazioni termiche a onde lunghe provenienti dai corpi spaziali.

Entrambi questi fattori determinano condizioni climatiche ambiente (temperatura, velocità di evaporazione dell'acqua, movimento di aria e acqua). La luce solare con un'energia di 2 calorie cade sulla biosfera dallo spazio. 1 cm 2 in 1 minuto. Questa è la cosiddetta costante solare. Questa luce, passando attraverso l'atmosfera, si indebolisce e non più del 67% della sua energia può raggiungere la superficie terrestre in un mezzogiorno sereno, vale a dire. 1,34 cal. per cm 2 in 1 min. Passando attraverso la copertura nuvolosa, l'acqua e la vegetazione, la luce solare viene ulteriormente indebolita e la distribuzione dell'energia al suo interno cambia significativamente nelle diverse parti dello spettro.

Il grado di attenuazione della luce solare e della radiazione cosmica dipende dalla lunghezza d'onda (frequenza) della luce. La radiazione ultravioletta con una lunghezza d'onda inferiore a 0,3 micron difficilmente attraversa lo strato di ozono (ad un'altitudine di circa 25 km). Tale radiazione è pericolosa per un organismo vivente, in particolare per il protoplasma.

Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia, tutte le piante, tranne i batteri, fotosintetizzano, ad es. sintetizzare materia organica a partire dal sostanze inorganiche(cioè da acqua, sali minerali e CO-Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia, tutte le piante, tranne i batteri 2 - con l'aiuto dell'energia radiante nel processo di assimilazione). Tutti gli organismi dipendono dalla fotosintesi terrestre per la nutrizione, ad es. piante portatrici di clorofilla.

La luce come fattore ambientale è suddivisa in ultravioletti con una lunghezza d'onda di 0,40 - 0,75 micron e infrarossi con una lunghezza d'onda maggiore di queste magnitudini.

L'effetto di questi fattori dipende dalle proprietà degli organismi. Ogni tipo di organismo è adattato a un particolare spettro di lunghezza d'onda della luce. Alcuni tipi di organismi si sono adattati all'ultravioletto, mentre altri all'infrarosso.

Alcuni organismi sono in grado di distinguere tra lunghezze d'onda. Hanno speciali sistemi di percezione della luce e hanno una visione dei colori, che sono di grande importanza nella loro vita. Molti insetti sono sensibili alle radiazioni a onde corte, che gli esseri umani non possono percepire. Le farfalle notturne percepiscono bene i raggi ultravioletti. Le api e gli uccelli localizzano con precisione e orientarsi sul terreno anche di notte.

Gli organismi reagiscono anche fortemente all'intensità della luce. In base a queste caratteristiche, le piante si dividono in tre gruppi ecologici:

1. Amanti della luce, amanti del sole o eliofiti - che sono in grado di svilupparsi normalmente solo sotto i raggi del sole.

2. Amanti dell'ombra o sciofite: queste sono piante dei livelli inferiori di foreste e piante di acque profonde, ad esempio mughetti e altri.

Con una diminuzione dell'intensità della luce, anche la fotosintesi rallenta. Tutti gli organismi viventi hanno una soglia di sensibilità all'intensità della luce, nonché ad altri fattori ambientali. La soglia di sensibilità ai fattori ambientali non è la stessa per i diversi organismi. Ad esempio, la luce intensa inibisce lo sviluppo delle mosche Drosophila, provocandone persino la morte. Gli scarafaggi e altri insetti non amano la luce. Nella maggior parte delle piante fotosintetiche, a bassa intensità luminosa, la sintesi proteica è inibita e negli animali i processi di biosintesi sono inibiti.

3. Eliofite tolleranti all'ombra o facoltative. Piante che crescono bene sia all'ombra che alla luce. Negli animali, queste proprietà degli organismi sono chiamate amanti della luce (fotofili), amanti dell'ombra (fotofobi), eurifobi - stenofobici.

valenza ecologica

il grado di adattabilità di un organismo vivente ai cambiamenti delle condizioni ambientali. E. In. è una proprietà specifica. Quantitativamente, è espresso dalla gamma di cambiamenti nell'ambiente, all'interno della quale vista data mantiene la normale attività vitale. E. In. può essere considerato sia in relazione alla reazione di una specie a singoli fattori ambientali, sia in relazione a un complesso di fattori.

Nel primo caso, le specie che subiscono ampie variazioni della forza del fattore influenzante sono designate con un termine costituito dal nome di questo fattore con il prefisso "eury" (euritermico - in relazione all'effetto della temperatura, eurialino - alla salinità , eurybate - alla profondità, ecc.); specie adattata solo a piccoli cambiamenti di questo fattore sono indicati con un termine simile con il prefisso "steno" (stenotermico, stenoalino, ecc.). Specie con un ampio E. secolo. in relazione ad un complesso di fattori, sono detti euribionti (vedi Eurybionti), a differenza degli stenobionti (vedi Stenobionti), che hanno scarsa adattabilità. Poiché l'eurbionticità consente di stabilirsi in vari habitat e la stenobionticità restringe nettamente la gamma di stazioni adatte alla specie, questi due gruppi sono spesso chiamati rispettivamente eurio o stenotopico.

Euribionti, animali e organismi vegetali che possono esistere in presenza di cambiamenti significativi delle condizioni ambientali. Ad esempio, gli abitanti del litorale marino subiscono un drenaggio regolare con la bassa marea, in estate - forte riscaldamento, e in inverno - raffreddamento e talvolta congelamento (animali euritermali); gli abitanti degli estuari dei fiumi sopportano mezzi. fluttuazioni della salinità dell'acqua (animali eurialini); un certo numero di animali esiste in un'ampia gamma di pressioni idrostatiche (animali euribatici). Molti abitanti terrestri latitudini temperate in grado di resistere a grandi sbalzi di temperatura stagionali.

L'euribionicità della specie è aumentata dalla capacità di tollerare condizioni sfavorevoli in stato di animazione sospesa (molti batteri, spore e semi di molte piante, piante perenni adulte di latitudini fredde e temperate, gemme svernanti di spugne d'acqua dolce e briozoi, uova di crostacei dai piedi branchiali, tardigradi adulti e alcuni rotiferi, ecc.) o ibernazione (alcuni mammiferi).

REGOLA DI CHETVERIKOV, di regola, secondo cui tutti i tipi di organismi viventi in natura sono rappresentati non da individui isolati separati, ma sotto forma di aggregati di un numero (a volte molto grande) di individui-popolazioni. Allevato da S.S.Chetverikov (1903).

Visualizzazione- Questo è un insieme storicamente formato di popolazioni di individui, simili nelle proprietà morfo-fisiologiche, capaci di incrociarsi liberamente tra loro e dare prole fertile, occupando una certa area. Ogni tipo di organismi viventi può essere descritto da un insieme di caratteristiche, proprietà, che sono chiamate caratteristiche della specie. Le caratteristiche di una specie in base alle quali una specie può essere distinta da un'altra sono chiamate criteri di specie.

I più comunemente usati sono sette criteri generali della forma:

1. Tipo specifico di organizzazione: aggregato caratteristiche peculiari, permettendo di distinguere gli individui di una data specie dagli individui di un'altra.

2. Certezza geografica: l'esistenza di individui di una specie in un luogo specifico su il globo; habitat - l'area di abitazione degli individui di questa specie.

3. Certezza ecologica: gli individui della specie vivono in uno specifico intervallo di valori di fattori ambientali fisici, come temperatura, umidità, pressione, ecc.

4. Differenziazione: la specie è costituita da gruppi più piccoli di individui.

5. Discretezza: gli individui di una data specie sono separati dagli individui da uno spazio vuoto - iato.Lo iato è determinato dall'azione di meccanismi di isolamento, come la mancata corrispondenza delle date di allevamento, l'uso di reazioni comportamentali specifiche, la sterilità degli ibridi, ecc.

6. Riproducibilità: la riproduzione degli individui può essere asessuata (il grado di variabilità è basso) e sessualmente (il grado di variabilità è alto, poiché ogni organismo combina le caratteristiche di un padre e di una madre).

7. Un certo livello di popolazione: il numero subisce cambiamenti periodici (onde di vita) e non periodici.

Gli individui di qualsiasi tipo sono distribuiti nello spazio in modo estremamente irregolare. Ad esempio, l'ortica nel suo areale si trova solo in luoghi umidi e ombrosi con terreno fertile, formando boschetti nelle pianure alluvionali di fiumi, torrenti, intorno ai laghi, lungo la periferia delle paludi, nelle foreste miste e nei boschetti di arbusti. Colonie della talpa europea, ben visibili sulle colline del terreno, si trovano ai margini dei boschi, prati e campi. Adatto per la vita
gli habitat, sebbene si trovino spesso all'interno dell'areale, non coprono l'intero areale, e quindi individui di questa specie non si trovano in altre parti di esso. Non ha senso cercare le ortiche in una pineta o una talpa in una palude.

Pertanto, la distribuzione irregolare delle specie nello spazio si esprime sotto forma di "isole di densità", "condensazioni". Aree con un'abbondanza relativamente elevata di questa specie si alternano ad aree di scarsa abbondanza. Tali "centri di densità" della popolazione di ciascuna specie sono chiamati popolazioni. Una popolazione è un insieme di individui di una data specie, per lungo tempo (un gran numero di generazioni) che abitano un certo spazio (parte dell'areale) e isolati da altre popolazioni simili.

All'interno della popolazione si pratica praticamente il libero attraversamento (panmixia). In altre parole, una popolazione è un gruppo di individui liberamente legati tra loro, che vivono a lungo in un determinato territorio e relativamente isolati da altri gruppi simili. Quindi, una specie è un aggregato di popolazioni e una popolazione è un'unità strutturale di una specie.

Differenza tra popolazione e specie:

1) individui di popolazioni diverse si incrociano liberamente tra loro,

2) individui di popolazioni diverse differiscono leggermente l'uno dall'altro,

3) non c'è divario tra due popolazioni vicine, cioè c'è una transizione graduale tra di loro.

Processo di speciazione. Supponiamo che una data specie occupi una certa area, determinata dalla natura della sua dieta. A causa della divergenza tra gli individui, l'area aumenta. Il nuovo habitat conterrà appezzamenti con varie piante foraggere, proprietà fisico-chimiche e così via Gli individui che si trovano in diverse parti dell'areale formano popolazioni. In futuro, a causa della differenza sempre crescente tra gli individui delle popolazioni, diventerà sempre più chiaro che gli individui di una popolazione differiscono in qualche modo dagli individui di un'altra popolazione. C'è un processo di divergenza della popolazione. Le mutazioni si accumulano in ciascuno di essi.

I rappresentanti di qualsiasi specie in una parte locale dell'areale formano una popolazione locale. La totalità delle popolazioni locali associate ad aree dell'habitat omogenee in termini di condizioni di vita è popolazione ecologica... Quindi, se una specie vive in un prato e in una foresta, allora parlano delle sue popolazioni di gomma e prato. Le popolazioni all'interno della gamma di una specie associata a specifici confini geografici sono chiamate popolazioni geografiche.
Le dimensioni e i confini della popolazione possono cambiare drasticamente. Con le epidemie di riproduzione di massa, la specie si diffonde molto ampiamente e sorgono popolazioni giganti.

Una raccolta di popolazioni geografiche con tratti stabili, la capacità di incrociarsi e produrre prole fertile è chiamata sottospecie. Darwin diceva che la formazione di nuove specie passa attraverso le varietà (sottospecie).

Tuttavia, va ricordato che in natura qualche elemento è spesso assente.
Le mutazioni che si verificano negli individui di ciascuna sottospecie non possono da sole portare alla formazione di nuove specie. La ragione sta nel fatto che questa mutazione vagherà per la popolazione, poiché gli individui della sottospecie, come sappiamo, non sono isolati riproduttiva. Se una mutazione è utile, aumenta l'eterozigosi della popolazione; se è dannosa, sarà semplicemente scartata per selezione.

Come risultato del processo mutazionale che si verifica costantemente e del libero incrocio, le mutazioni si accumulano nelle popolazioni. Secondo la teoria di I.I.Shmalgauzen, si sta creando una riserva di variabilità ereditaria, cioè la stragrande maggioranza delle mutazioni emergenti sono recessive e non si manifestano fenotipicamente. Al raggiungimento di un'alta concentrazione di mutazioni in uno stato eterozigote, diventa probabile che gli individui portatori di geni recessivi vengano incrociati. In questo caso compaiono individui omozigoti, in cui le mutazioni si stanno già manifestando fenotipicamente. In questi casi, le mutazioni sono già sotto il controllo della selezione naturale.
Ma questo non è ancora decisivo per il processo di speciazione, perché le popolazioni naturali sono aperte e in esse vengono costantemente introdotti geni alieni provenienti da popolazioni vicine.

Esiste un flusso genico sufficiente a mantenere una grande somiglianza dei pool genici (la totalità di tutti i genotipi) di tutte le popolazioni locali. Si stima che il rifornimento del pool genico dovuto a geni estranei in una popolazione di 200 individui, ognuno dei quali ha 100.000 loci, sia 100 volte superiore a quello dovuto a mutazioni. Di conseguenza, nessuna popolazione può cambiare drasticamente finché è soggetta all'influenza normalizzante del flusso genico. La resistenza di una popolazione a un cambiamento nella sua composizione genetica sotto l'influenza della selezione è chiamata omeostasi genetica.

A causa dell'omeostasi genetica nella popolazione, la formazione di una nuova specie è molto difficile. Un'altra condizione deve essere realizzata! Vale a dire, è necessario isolare il pool genico della popolazione figlia dal pool genico materno. L'isolamento può presentarsi in due forme: spaziale e temporale. L'isolamento spaziale si verifica a causa di varie barriere geografiche come deserti, foreste, fiumi, dune, pianure alluvionali. Molto spesso, l'isolamento spaziale si verifica a causa di una forte riduzione di un'area continua e della sua disintegrazione in tasche o nicchie separate.

La popolazione è spesso isolata a causa della migrazione. In questo caso appare una popolazione isolata. Tuttavia, poiché il numero di individui nella popolazione isolata è solitamente elevato, esiste il pericolo di consanguineità - degenerazione associata a incroci strettamente correlati. La speciazione basata sull'isolamento spaziale è chiamata geografica.

La forma temporanea di isolamento include un cambiamento nei tempi di riproduzione e cambiamenti nell'intero ciclo di vita. La speciazione basata sull'isolamento temporaneo è chiamata ecologica.
Il fattore decisivo in entrambi i casi è la creazione di un nuovo sistema genetico, incompatibile con il vecchio. L'evoluzione si realizza attraverso la speciazione, motivo per cui si dice che una specie è un sistema evolutivo elementare. La popolazione è un'unità evolutiva elementare!

Caratteristiche statistiche e dinamiche delle popolazioni.

Le specie di organismi entrano nella biocenosi non come individui separati, ma in popolazioni o loro parti. Una popolazione è una parte di una specie (costituita da individui della stessa specie), che occupa uno spazio relativamente omogeneo e capace di autoregolarsi e di mantenere un certo numero. Ogni specie all'interno del territorio occupato si scompone in popolazioni: se consideriamo l'impatto dei fattori ambientali su un singolo organismo, allora a un certo livello del fattore (ad esempio la temperatura), l'individuo in esame sopravviverà o morirà. Il quadro cambia quando si studia l'effetto dello stesso fattore su un gruppo di organismi della stessa specie.

Alcuni individui moriranno o ridurranno la loro attività vitale a una determinata temperatura, altri a una temperatura più bassa, altri a una più alta, quindi si può dare un'altra definizione di popolazione: tutti gli organismi viventi, per sopravvivere e dare prole, devono sotto regimi ecologici dinamici, i fattori esistono sotto forma di raggruppamenti, o popolazioni, ad es. l'aggregato di individui co-viventi con un'eredità simile.La caratteristica più importante di una popolazione è il territorio comune che occupa. Ma all'interno della popolazione possono esserci raggruppamenti più o meno isolati per vari motivi.

Pertanto, è difficile dare una definizione esaustiva della popolazione a causa dei confini sfocati tra i singoli gruppi di individui. Ogni specie è costituita da una o più popolazioni, e la popolazione, quindi, è la forma di esistenza della specie, la sua più piccola unità in evoluzione. Per le popolazioni tipi diversi esistono limiti ammissibili alla diminuzione del numero degli individui, oltre i quali l'esistenza della popolazione diventa impossibile. Non ci sono dati esatti sui valori critici della dimensione della popolazione in letteratura. I valori dati sono contraddittori. Resta, tuttavia, un fatto indubbio che più piccoli sono gli individui, maggiori sono i valori critici del loro numero. Per i microrganismi, questi sono milioni di individui, per gli insetti - decine e centinaia di migliaia, e per grandi mammiferi- Qualche dozzina.

Il numero non dovrebbe diminuire al di sotto dei limiti oltre i quali si riduce drasticamente la probabilità di incontrare partner sessuali. Il numero critico dipende anche da altri fattori. Ad esempio, per alcuni organismi, uno stile di vita di gruppo è specifico (colonie, greggi, greggi). I gruppi all'interno di una popolazione sono relativamente isolati. Ci possono essere casi in cui la popolazione nel suo insieme è ancora abbastanza grande e il numero di singoli gruppi è diminuito al di sotto dei limiti critici.

Ad esempio, una colonia (gruppo) di un cormorano peruviano dovrebbe avere una popolazione di almeno 10 mila individui e un branco di renne - 300 - 400 capi. Per comprendere i meccanismi di funzionamento e risolvere i problemi di utilizzo delle popolazioni, le informazioni sulla loro struttura sono di grande importanza. Distinguere tra genere, età, territoriale e altri tipi di struttura. In termini teorici e applicati, i dati più importanti sulla struttura dell'età - il rapporto tra individui (spesso raggruppati) di età diverse.

Negli animali si distinguono i seguenti gruppi di età:

Gruppo giovanile (bambini) gruppo senile (senile, che non partecipa alla riproduzione)

Gruppo adulto (individui che effettuano la riproduzione).

Di solito, le popolazioni normali sono le più vitali, in cui tutte le età sono rappresentate in modo relativamente uniforme. Nella popolazione regressiva (in estinzione), predominano gli individui senili, il che indica la presenza di fattori negativi che interrompono le funzioni riproduttive. Sono necessarie misure urgenti per identificare ed eliminare le cause di questa condizione. Le popolazioni introdotte (invasive) sono rappresentate principalmente da individui giovani. La loro vitalità di solito non causa preoccupazione, ma la probabilità di epidemie di un numero eccessivamente elevato di individui è alta, poiché in tali popolazioni non si sono formate connessioni trofiche e di altro tipo.

È particolarmente pericoloso se si tratta di una popolazione di specie precedentemente assenti nell'area. In questo caso, le popolazioni di solito trovano e occupano una nicchia ecologica libera e realizzano il loro potenziale riproduttivo, aumentando intensamente il loro numero. Se la popolazione è in uno stato normale o vicino alla normalità, una persona può prelevare da essa il numero di individui (negli animali ) o biomassa (nelle piante), che aumenta nell'intervallo di tempo tra i sequestri. Prima di tutto, gli individui in età postproduttiva (quelli che hanno terminato la riproduzione) dovrebbero essere rimossi. Se si persegue l'obiettivo di ottenere un determinato prodotto, l'età, il sesso e altre caratteristiche delle popolazioni vengono adeguate tenendo conto del compito.

Lo sfruttamento delle popolazioni di comunità vegetali (ad esempio, per l'ottenimento di legname) è solitamente programmato per coincidere con il periodo di rallentamento della crescita legato all'età (accumulo di produzione). Questo periodo di solito coincide con il massimo accumulo di pasta di legno per unità di superficie. La popolazione è anche caratterizzata da un certo rapporto tra i sessi e il rapporto tra maschi e femmine non è uguale a 1: 1. Sono noti casi di netta predominanza di un sesso o dell'altro, alternanza di generazioni con assenza di maschi. Ogni popolazione può anche avere una struttura spaziale complessa (suddivisa in gruppi gerarchici più o meno grandi - da geografici a elementari (micropopolazioni).

Quindi, se il tasso di mortalità non dipende dall'età degli individui, allora la curva di sopravvivenza è una linea decrescente (vedi figura, tipo I). Cioè, la morte degli individui avviene in questo tipo in modo uniforme, il tasso di mortalità rimane costante per tutta la vita. Tale curva di sopravvivenza è caratteristica delle specie il cui sviluppo avviene senza metamorfosi con sufficiente stabilità della prole nascente. Questo tipo è solitamente chiamato il tipo di idra - è caratterizzato da una curva di sopravvivenza che si avvicina a una linea retta. Nelle specie per le quali il ruolo dei fattori esterni nella mortalità è piccolo, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da una leggera diminuzione fino a una certa età, dopo di che si verifica un forte calo a causa della mortalità naturale (fisiologica).

Tipo II nella figura. Una curva di sopravvivenza simile a questo tipo è inerente agli esseri umani (sebbene la curva di sopravvivenza umana sia un po' più piatta e, quindi, sia qualcosa a metà tra i tipi I e II). Questo tipo è chiamato il tipo di Drosophila: è questo tipo che Drosophila dimostra in condizioni di laboratorio (non mangiato dai predatori). Moltissime specie sono caratterizzate da un alto tasso di mortalità su fasi iniziali ontogenesi. In tali specie, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da un forte calo nell'area delle età più giovani. Gli individui che sono sopravvissuti all'età "critica" dimostrano una bassa mortalità e vivono fino a un'età avanzata. Il tipo è chiamato il tipo di ostrica. Tipo III nella figura. Lo studio delle curve di sopravvivenza è di grande interesse per l'ecologo. Ti permette di giudicare a quale età una particolare specie è più vulnerabile. Se l'effetto delle cause che possono modificare il tasso di natalità o di mortalità ricade sullo stadio più vulnerabile, allora la loro influenza sul successivo sviluppo della popolazione sarà maggiore. Questo schema deve essere preso in considerazione quando si organizza la caccia o nel controllo dei parassiti.

Struttura per età e sesso delle popolazioni.

Una certa organizzazione è inerente a qualsiasi popolazione. La distribuzione degli individui sul territorio, il rapporto tra gruppi di individui per sesso, età, caratteristiche morfologiche, fisiologiche, comportamentali e genetiche rispecchiano le corrispondenti struttura della popolazione : spaziale, genere, età, ecc. La struttura si forma, da un lato, sulla base delle proprietà biologiche generali delle specie e, dall'altro, sotto l'influenza di fattori abiotici dell'ambiente e delle popolazioni di altre specie.

La struttura della popolazione è quindi adattiva. Diverse popolazioni della stessa specie hanno sia caratteristiche simili che caratteristiche distintive che caratterizzano le specificità delle condizioni ecologiche nei loro habitat.

In generale, oltre alle capacità adattive dei singoli individui, in alcuni territori si formano caratteristiche adattative di adattamento di gruppo della popolazione come sistema sovraindividuale, il che suggerisce che le caratteristiche adattative della popolazione sono molto più elevate di quelle degli individui componendolo.

Composizione per età- è essenziale per l'esistenza della popolazione. La durata media della vita degli organismi e il rapporto tra il numero (o la biomassa) di individui di età diverse è caratterizzato dalla struttura per età della popolazione. La formazione della struttura dell'età avviene a seguito dell'azione congiunta dei processi di riproduzione e mortalità.

In ogni popolazione, i gruppi ecologici di età 3 sono condizionalmente distinti:

pre-riproduttivo;

riproduttivo;

Post-riproduttivo.

Il gruppo pre-riproduttivo comprende individui che non sono ancora in grado di riprodursi. Riproduttivo: individui in grado di riprodursi. Post-riproduttivo: individui che hanno perso la capacità di riprodursi. La durata di questi periodi varia molto a seconda del tipo di organismo.

In condizioni favorevoli, la popolazione comprende tutte le fasce d'età e si mantiene una composizione per età più o meno stabile. Nelle popolazioni in rapida crescita predominano gli individui giovani e nelle popolazioni in diminuzione prevalgono quelli anziani, non più in grado di riprodursi in modo intensivo. Tali popolazioni sono improduttive e non sufficientemente stabili.

Ci sono viste con struttura dell'età semplice popolazioni composte da individui quasi coetanei.

Ad esempio, tutte le piante annuali di una popolazione sono allo stadio di piantina in primavera, quindi fioriscono quasi contemporaneamente e in autunno danno semi.

Nelle specie con struttura complessa per età popolazioni vivono contemporaneamente per diverse generazioni.

Ad esempio, ci sono animali giovani, maturi e anziani nell'esperienza degli elefanti.

Le popolazioni che comprendono molte generazioni (diverse fasce di età) sono più stabili, meno suscettibili all'influenza di fattori che influenzano la riproduzione o la mortalità in un determinato anno. Condizioni estreme possono portare alla morte delle fasce d'età più vulnerabili, ma quelle più resistenti sopravvivono e danno nuove generazioni.

Ad esempio, una persona è vista come specie biologica avendo una difficoltà struttura per età... La stabilità delle popolazioni delle specie si è manifestata, ad esempio, durante la seconda guerra mondiale.

Per studiare le strutture per età delle popolazioni, vengono utilizzati metodi grafici, ad esempio le piramidi dell'età di una popolazione, che sono ampiamente utilizzate negli studi demografici (Fig. 3.9).

Figura 3.9. Piramidi delle età della popolazione.

A - riproduzione di massa, B - popolazione stabile, C - popolazione in declino

La stabilità delle popolazioni della specie dipende in larga misura da struttura genitale , cioè. il rapporto tra individui di sesso diverso. I gruppi di sessi all'interno delle popolazioni si formano sulla base delle differenze nella morfologia (forma e struttura del corpo) e nell'ecologia dei diversi sessi.

Ad esempio, in alcuni insetti, i maschi hanno le ali, ma le femmine no, i maschi di alcuni mammiferi hanno le corna, ma sono assenti dalle femmine, gli uccelli maschi hanno un piumaggio brillante e le femmine hanno uno mascheramento.

Le differenze ecologiche si esprimono nelle preferenze alimentari (le femmine di molte zanzare succhiano il sangue ei maschi si nutrono di nettare).

Il meccanismo genetico assicura un rapporto approssimativamente uguale di individui di entrambi i sessi alla nascita. Tuttavia, la relazione originale viene presto interrotta a causa delle differenze fisiologiche, comportamentali ed ecologiche tra maschi e femmine, causando una mortalità irregolare.

L'analisi della struttura per età e sesso delle popolazioni consente di prevederne il numero per un certo numero di generazioni e anni successivi. Questo è importante quando si valutano le possibilità di pescare, sparare agli animali, salvare i raccolti dalle infestazioni di locuste e in altri casi.

Le alte temperature sono dannose per quasi tutti gli esseri viventi. Un aumento della temperatura dell'ambiente a +50 ° C è abbastanza per causare la depressione e la morte di un'ampia varietà di organismi. Non c'è bisogno di parlare di temperature più alte.

Il limite della diffusione della vita è considerato il segno di temperatura di +100 ° C, al quale si verifica la denaturazione delle proteine, cioè la distruzione della struttura delle molecole proteiche. Per lungo tempo si è creduto che in natura non ci fossero creature che potessero tranquillamente tollerare temperature nell'intervallo da 50 a 100 ° C. Tuttavia, le recenti scoperte degli scienziati suggeriscono il contrario.

In primo luogo, sono stati scoperti batteri adattati alla vita nelle sorgenti termali con temperature dell'acqua fino a +90 ºС. Nel 1983 avvenne un'altra importante scoperta scientifica. Un gruppo di biologi americani ha studiato le sorgenti di acque termali, sature di metalli, situate sul fondo dell'Oceano Pacifico.

I fumatori neri, simili ai coni troncati, si trovano a una profondità di 2000 m, la loro altezza è di 70 m e il loro diametro di base è di 200 m Per la prima volta, i fumatori sono stati scoperti vicino alle isole Galapagos.

Situati a grandi profondità, questi "fumatori neri", come li chiamano i geologi, assorbono attivamente l'acqua. Qui si riscalda per il calore proveniente dalla materia incandescente profonda della Terra, e assume una temperatura superiore a +200°C.

L'acqua delle sorgenti non bolle solo perché è sotto grande pressione e si arricchisce di metalli provenienti dalle viscere del pianeta. Una colonna d'acqua si erge sopra i "fumatori neri". La pressione che si crea qui, a una profondità di circa 2000 m (e anche molto maggiore), è pari a 265 atm. Anche le acque mineralizzate di alcune sorgenti, che hanno una temperatura fino a +350 °C, non bolliscono a una pressione così elevata.

Come risultato della miscelazione con l'acqua dell'oceano, le acque termali si raffreddano in tempi relativamente brevi, ma i batteri scoperti dagli americani a queste profondità cercano di stare lontani dall'acqua raffreddata. Incredibili microrganismi si sono adattati a nutrirsi di minerali in quelle acque che vengono riscaldate a +250 ° C. Le temperature più basse hanno un effetto deprimente sui microbi. Già in acqua con una temperatura di circa +80 ° C, i batteri, sebbene mantengano la loro vitalità, cessano di moltiplicarsi.

Gli scienziati non sanno esattamente quale sia il segreto della fantastica resistenza di queste minuscole creature viventi, che possono facilmente tollerare il riscaldamento fino al punto di fusione dello stagno.

La forma del corpo dei batteri che abitano i fumatori neri è irregolare. Gli organismi hanno spesso escrescenze lunghe. I batteri assorbono lo zolfo, convertendolo in materia organica. Pogonofori e vestimentifera hanno formato una simbiosi con loro per mangiare questa materia organica.

Approfonditi studi biochimici hanno rivelato la presenza di un meccanismo di difesa nelle cellule batteriche. La molecola della sostanza ereditaria DNA, su cui sono immagazzinate le informazioni genetiche, è avvolta in un numero di specie con uno strato di proteine ​​che assorbe il calore in eccesso.

Il DNA stesso contiene livelli anormalmente elevati di coppie guanina-citosina. Tutti gli altri esseri viventi sul nostro pianeta hanno un numero molto più piccolo di queste associazioni all'interno del DNA. Si scopre che il legame tra guanina e citosina è molto difficile da distruggere mediante riscaldamento.

Pertanto, la maggior parte di questi composti ha semplicemente lo scopo di rafforzare la molecola e solo allora lo scopo di codificare le informazioni genetiche.

Gli amminoacidi sono le parti costitutive delle molecole proteiche, in cui sono trattenute a causa di speciali legami chimici. Se confrontiamo le proteine ​​dei batteri di acque profonde con le proteine ​​di altri organismi viventi simili in termini di parametri sopra elencati, si scopre che a causa di ulteriori amminoacidi nelle proteine ​​dei microbi ad alta temperatura, ci sono ulteriori legami.

Ma gli esperti sono sicuri che questo non è il segreto dei batteri. Riscaldare le cellule nell'intervallo +100 - 120 ° C è abbastanza per danneggiare il DNA protetto dai dispositivi chimici elencati. Ciò significa che devono esserci altri modi all'interno dei batteri per evitare di distruggere le loro cellule. La proteina che compone i microscopici abitanti delle sorgenti termali include particelle speciali - amminoacidi di un tipo che non si trovano in nessun'altra creatura che vive sulla Terra.

Le molecole proteiche delle cellule batteriche, che hanno speciali componenti protettivi (rafforzanti), sono particolarmente protette. I lipidi, cioè i grassi e le sostanze simili ai grassi, sono disposti in modo insolito. Le loro molecole sono catene combinate di atomi. L'analisi chimica dei lipidi dei batteri ad alta temperatura ha mostrato che in questi organismi le catene lipidiche sono intrecciate, il che funge da ulteriore rafforzamento delle molecole.

Tuttavia, i dati dell'analisi possono essere intesi in un altro modo, quindi l'ipotesi di catene intrecciate rimane non dimostrata. Ma anche se lo prendiamo come un assioma, è impossibile spiegare completamente i meccanismi di adattamento a temperature dell'ordine di +200°C.

Gli esseri viventi più altamente sviluppati non potrebbero raggiungere il successo dei microrganismi, tuttavia, gli zoologi conoscono molti invertebrati e persino pesci che si sono adattati alla vita nelle acque termali.

Tra gli invertebrati, è necessario nominare, innanzitutto, una varietà di cavernicoli che abitano serbatoi alimentati da acque sotterranee, riscaldati dal calore sotterraneo. Nella maggior parte dei casi, queste sono le alghe unicellulari più piccole e tutti i tipi di crostacei.

Il rappresentante dei crostacei isopodi, il termosferoma termico, appartiene alla famiglia degli sferomatidi. Vive in una sorgente termale a Soccoro (Nuovo Messico, USA). Il crostaceo è lungo solo 0,5-1 cm, si muove lungo il fondo della sorgente e ha una coppia di antenne destinate all'orientamento nello spazio.

I pesci di grotta, adattati alla vita nelle sorgenti termali, tollerano temperature fino a + 40 ° C. Tra queste creature, i più notevoli sono alcuni animali dai denti di pesce che abitano Le acque sotterranee Nord America. Tra le specie di questo grande gruppo spicca il cyprinodon macularis.

Questo è uno degli animali più rari sulla Terra. Una piccola popolazione di questi minuscoli pesci vive in una sorgente termale profonda solo 50 cm, situata all'interno della Grotta del Diavolo nella Death Valley (California), uno dei luoghi più aridi e afosi del pianeta.

Parente stretto dei Ciprinodoni, l'occhio cieco non si è adattato alla vita nelle sorgenti termali, sebbene abiti le acque sotterranee delle grotte carsiche nella stessa area geografica all'interno degli Stati Uniti. L'occhio cieco e le sue specie correlate sono assegnate alla famiglia degli occhi ciechi, mentre i ciprinodonti sono assegnati a una famiglia separata di carpe.

A differenza di altri abitanti delle caverne, che sono traslucidi o di colore crema lattiginoso, compresi altri dentati, i ciprinodonti sono dipinti in blu brillante. Ai vecchi tempi, questi pesci venivano trovati in diverse fonti e potevano muoversi liberamente attraverso le acque sotterranee da un bacino idrico all'altro.

Nel XIX secolo, i residenti locali hanno più volte osservato come i cyprinodon si stabilissero nelle pozzanghere sorte a seguito del riempimento della pista dalla ruota del carro con le acque sotterranee. A proposito, fino ad oggi non è chiaro come e perché questi bellissimi pesci si siano fatti strada insieme all'umidità sotterranea attraverso uno strato di terreno sciolto.

Tuttavia, questo mistero non è il principale. Non è chiaro come i pesci possano resistere a temperature dell'acqua fino a + 50 ° C. Comunque sia, è stato uno strano e inspiegabile dispositivo che ha aiutato i Cyprinodon a sopravvivere. Queste creature sono apparse in Nord America più di 1 milione di anni fa. Con l'inizio della glaciazione, tutti gli animali dai denti di pesce si estinsero, ad eccezione di quelli che dominavano le acque sotterranee, comprese quelle termali.

Quasi tutte le specie della famiglia Stenazellid, rappresentate da piccoli isopodi (non più di 2 cm), vivono in acque termali con una temperatura di almeno +20 C.

Quando il ghiacciaio scomparve e il clima in California divenne più arido, la temperatura, la salinità e persino la quantità di cibo - le alghe - rimasero pressoché invariate nelle sorgenti della grotta per 50 mila anni. Pertanto, il pesce, senza cambiare, sopravvisse tranquillamente qui ai cataclismi preistorici. Oggi, tutti i tipi di ciprinodonti delle caverne sono protetti dalla legge nell'interesse della scienza.

Le sorgenti termali, che si trovano solitamente nelle aree vulcaniche, hanno una popolazione vivente abbastanza ricca.

Molto tempo fa, quando c'era un'idea molto superficiale di batteri e altre creature inferiori, fu stabilita l'esistenza di una flora e una fauna peculiari nelle terme. Ad esempio, nel 1774, Sonnerat riferì la presenza di pesci nelle sorgenti termali dell'Islanda, con una temperatura di 69°. Questa conclusione non è stata successivamente confermata da altri ricercatori in relazione ai bagni islandesi, ma osservazioni simili sono state fatte altrove. Sull'isola d'Ischia, in primavere con temperature superiori a 55°, Ehrenberg (1858) notò il ritrovamento di pesci. Anche Hoppe-Seiler (1875) vide pesci in acqua con una temperatura di circa 55°. Anche supponendo che in tutti i casi rilevati la termometria fosse imprecisa, è comunque chiaro trarre una conclusione circa la capacità di alcuni pesci di vivere ad una temperatura piuttosto elevata. Insieme ai pesci, nelle terme si notava talvolta la presenza di rane, vermi e molluschi. In un secondo momento, qui sono stati trovati anche gli animali più semplici.

Nel 1908 fu pubblicato il lavoro di Issel, che stabilì in modo più dettagliato le temperature limite per il mondo animale che vive nelle sorgenti termali.

Assieme al mondo animale, è estremamente facile stabilire la presenza di alghe nei bagni, formando talvolta potenti incrostazioni. Secondo Rodina (1945), lo spessore delle alghe accumulate nelle sorgenti termali raggiunge spesso diversi metri.

Abbiamo parlato abbastanza delle associazioni delle alghe termofile e dei fattori che determinano la loro composizione nella sezione “Alghe che vivono ad alte temperature”. Qui ricordiamo solo che le più stabili termicamente sono le alghe azzurre, che possono svilupparsi fino a una temperatura di 80-85°. Le alghe verdi tollerano temperature leggermente superiori ai 60°, e le diatomee finiscono per svilupparsi intorno ai 50°.

Come già notato, le alghe che si sviluppano nelle terme svolgono un ruolo essenziale nella formazione di vari tipi di incrostazioni, tra cui i composti minerali.

Le alghe termofile hanno una grande influenza sullo sviluppo della popolazione batterica nelle terme. Durante la loro vita, per esosmosi, rilasciano una certa quantità di composti organici nell'acqua e quando muoiono creano persino un substrato piuttosto favorevole per i batteri. Non sorprende, quindi, che la popolazione batterica delle acque termali sia più abbondantemente rappresentata nei luoghi in cui si accumulano le alghe.

Passando ai batteri termofili delle sorgenti termali, dobbiamo precisare che nel nostro Paese sono stati studiati da moltissimi microbiologi. Qui dovrebbero essere annotati i nomi di Tsiklinskaya (1899), Gubin (1924-1929), Afanasyeva-Kester (1929), Egorova (1936-1940), Volkova (1939), Rodina (1945) e Isachenko (1948).

La maggior parte dei ricercatori che si sono occupati di sorgenti termali si è limitata al fatto di stabilire in esse la flora batterica. Solo relativamente pochi microbiologi si sono soffermati sugli aspetti fondamentali della vita dei batteri nelle terme.

Nella nostra recensione, ci soffermeremo solo sugli studi di quest'ultimo gruppo.

Batteri termofili sono stati trovati nelle sorgenti termali in un certo numero di paesi: Unione Sovietica, Francia, Italia, Germania, Slovacchia, Giappone, ecc. Poiché le acque delle sorgenti termali sono spesso povere di materia organica, non sorprende che a volte contengono una quantità molto piccola di batteri saprofiti.

La riproduzione di batteri che si alimentano autotrofi, tra i quali i batteri del ferro e dello zolfo sono abbastanza diffusi nelle terme, è determinata principalmente dalla composizione chimica dell'acqua, oltre che dalla sua temperatura.

Alcuni batteri termofili isolati dalle acque calde sono stati descritti come nuove specie. Queste forme includono: Bac. termofilo filiforme. studiato da Tsiklinskaya (1899), due aste portatrici di spore - Bac. ludwigi e Bac. ilidzensis capsulatus, isolato da Karlinsky (1895), Spirochaeta daxensis, isolato da Cantacuzen (1910), e Thiospirillum pistiense, isolato da Churda (1935).

La temperatura dell'acqua delle sorgenti termali influenza fortemente la composizione delle specie della popolazione batterica. Nelle acque a temperatura più bassa sono stati trovati cocchi e batteri simili a spirochete (opere di Rodina, Cantacuzen). Tuttavia, anche qui, i bastoncelli portatori di spore sono la forma predominante.

Recentemente l'effetto della temperatura su composizione della specie La popolazione batterica del termine è stata mostrata in modo molto colorato nel lavoro di Rodina (1945), che ha studiato le sorgenti termali di Khoja-Obi-Garm in Tagikistan. La temperatura delle singole sorgenti di questo sistema varia da 50-86 °. Combinando, questi bagni danno un ruscello, sul fondo del quale, in luoghi con temperature non superiori a 68 °, è stata osservata una rapida crescita di alghe blu-verdi. In alcuni punti, le alghe formavano spessi strati di diversi colori. In riva all'acqua, sulle pareti laterali delle nicchie, erano presenti depositi di zolfo.

In diverse fonti, nel deflusso, così come nello spessore delle alghe blu-verdi, sono stati collocati vetri incrostati per tre giorni. Inoltre, il materiale raccolto è stato seminato su terreni nutritivi. È stato scoperto che l'acqua con la temperatura più alta contiene principalmente batteri a forma di bastoncino. Le forme a forma di cuneo, in particolare simili ad azotobacter, si trovano a temperature non superiori a 60°. A giudicare da tutti i dati, si può dire che l'azotobacter stesso non cresce oltre i 52 ° e le grandi cellule rotonde trovate nelle incrostazioni appartengono ad altri tipi di microbi.

I più resistenti al calore sono alcune forme di batteri che si sviluppano su agar carne-peptone, tiobatteri come Tkiobacillus thioparus e desolforatori. A proposito, vale la pena ricordare che Egorova e Sokolova (1940) trovarono Microspira in acqua con una temperatura di 50-60 °.

Nel lavoro di Rodina, i batteri azotofissatori non sono stati rilevati in acqua a 50°. Tuttavia, nello studio dei terreni, sono stati trovati fissatori di azoto anaerobici anche a 77 ° e azotobacter - a 52 °. Ciò suggerisce che l'acqua è generalmente un substrato inadatto per i fissatori di azoto.

Lo studio dei batteri nei suoli delle sorgenti termali ha rivelato la stessa dipendenza dalla temperatura della composizione del gruppo come nell'acqua. Tuttavia, la micropopolazione dei suoli era molto più ricca di numeri. I suoli sabbiosi, poveri di composti organici, avevano una micropopolazione piuttosto scarsa, mentre quelli contenenti materia organica di colore scuro erano abbondantemente abitati da batteri. Così, la relazione tra la composizione del substrato e la natura delle creature microscopiche in esso contenute è stata rivelata qui in modo estremamente chiaro.

È interessante notare che né nell'acqua né nel limo la Patria è stata in grado di trovare batteri termofili che decompongono la fibra. Siamo inclini a spiegare questo momento con difficoltà metodologiche, poiché i batteri termofili che decompongono la cellulosa sono piuttosto esigenti sui mezzi nutritivi. Come ha mostrato Imshenetsky, il loro isolamento richiede substrati nutritivi piuttosto specifici.

Nelle sorgenti termali, oltre ai saprofiti, ci sono autotrofi: zolfo e batteri di ferro.

Le osservazioni più antiche sulla possibilità di crescita di batteri solforati nelle terme sarebbero state fatte da Meyer e Ahrens, e anche da Mioshi. Mioshi osservò lo sviluppo di batteri solforosi filamentosi nelle sorgenti, la cui temperatura dell'acqua raggiungeva i 70 °. Egorova (1936), che studiò le sorgenti sulfuree di Bragun, notò la presenza di batteri solforosi anche ad una temperatura dell'acqua di 80°.

Nel capitolo “ caratteristiche generali caratteristiche morfologiche e fisiologiche dei batteri termofili”, abbiamo descritto in modo sufficientemente dettagliato le proprietà dei batteri termofili del ferro e dello zolfo. Non è consigliabile ribadire queste informazioni e qui ci limiteremo solo a ricordare che i singoli generi e persino le specie di batteri autotrofi terminano lo sviluppo a temperature diverse.

Pertanto, la temperatura massima per i batteri dello zolfo è registrata a circa 80 °. Per i batteri del ferro come Streptothrix ochraceae e Spirillum ferrugineum, Mioshi ha fissato il massimo a 41-45°.

Dufrenois (Dufrencfy, 1921) ha trovato batteri del ferro molto simili a Siderocapsa su depositi in acque calde con una temperatura di 50-63 °. Secondo le sue osservazioni, la crescita di batteri di ferro filamentosi si è verificata solo in acque fredde.

Volkova (1945) osservò lo sviluppo di batteri del genere Gallionella nelle sorgenti minerali del gruppo Pyatigorsk quando la temperatura dell'acqua non superava i 27-32 °. Nelle terme con una temperatura più alta, i batteri del ferro erano completamente assenti.

Confrontando i materiali che abbiamo notato, dobbiamo involontariamente concludere che in casi individuali non la temperatura dell'acqua, ma la sua composizione chimica determina lo sviluppo di alcuni microrganismi.

I batteri, insieme alle alghe, partecipano attivamente alla formazione di alcuni minerali nei bioliti e nelle caustobioliti. Il ruolo dei batteri nella precipitazione del calcio è stato studiato in modo più dettagliato. Questo problema è trattato in dettaglio nella sezione sui processi fisiologici causati dai batteri termofili.

La conclusione fatta da Volkova è degna di nota. Nota che la "barrezhina", che si deposita con una potente copertura nei flussi delle sorgenti delle sorgenti sulfuree di Pyatigorsk, contiene molto zolfo elementare e si basa sul micelio fungo della muffa dal genere Penicillium. Il micelio costituisce lo stroma, che comprende batteri a forma di bastoncino, apparentemente imparentati con i batteri dello zolfo.

Brusoff ritiene che i batteri termici siano coinvolti anche nella formazione dei depositi di acido silicico.

Nelle terme sono stati trovati batteri che riducono i solfati. Secondo Afanasyeva-Kester, assomigliano a Microspira aestuarii van Delden e Vibrio thermodesulfuricans Elion. Alcune considerazioni sul possibile ruolo di questi batteri nella formazione dell'idrogeno solforato nei bagni termali sono state espresse da Gubin (1924-1929).

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Alcuni organismi hanno un vantaggio speciale che consente loro di resistere alle condizioni più estreme, dove altri semplicemente non possono. Tra tali abilità, si può notare la resistenza a pressioni immense, temperature estreme e altre. Queste dieci creature della nostra lista daranno probabilità a chiunque osi rivendicare il titolo dell'organismo più resistente.

10. Ragno saltatore himalayano

L'oca selvatica asiatica è famosa per volare ad un'altitudine di oltre 6,5 chilometri, mentre l'insediamento umano più alto si trova a 5100 metri nelle Ande peruviane. Tuttavia, il record di alta quota non appartiene affatto alle oche, ma al ragno saltatore dell'Himalaya (Euophrys omnisuperstes). Vivendo ad un'altitudine di oltre 6700 metri, questo ragno si nutre principalmente di piccoli insetti portati lì dalle raffiche di vento. Caratteristica fondamentale questo insetto è la capacità di sopravvivere in una quasi totale assenza di ossigeno.

9. Maglione canguro gigante


Di solito, quando pensiamo ad animali che possono vivere più a lungo senza acqua, viene subito in mente il cammello. Ma i cammelli possono sopravvivere senza acqua nel deserto per soli 15 giorni. Nel frattempo, rimarrai sorpreso quando scoprirai che esiste un animale al mondo che può vivere tutta la sua vita senza bere una goccia d'acqua. Il gigante canguro saltatore è un parente stretto dei castori. La loro aspettativa di vita media è di solito da 3 a 5 anni. Di solito ottengono l'umidità dal cibo mangiando vari semi. Inoltre, questi roditori non sudano, evitando così ulteriori perdite d'acqua. Di solito questi animali vivono nella Death Valley e in questo momento sono in pericolo.

8. Vermi "resistenti al calore"


Poiché il calore nell'acqua viene trasferito in modo più efficiente agli organismi, una temperatura dell'acqua di 50 gradi Celsius sarà molto più pericolosa della stessa temperatura dell'aria. Per questo motivo, sono principalmente i batteri che prosperano nelle calde sorgenti sottomarine, cosa che non si può dire delle forme di vita multicellulari. Tuttavia, esiste un tipo speciale di verme chiamato paralvinella sulfincola che si insedia felicemente in luoghi dove l'acqua raggiunge i 45-55 gradi. Gli scienziati hanno condotto un esperimento in cui è stata riscaldata una delle pareti dell'acquario, a seguito della quale si è scoperto che i vermi preferivano rimanere in questo luogo particolare, ignorando i luoghi più freschi. Si ritiene che tale caratteristica si sia sviluppata nei vermi in modo che potessero banchettare con i batteri che abbondano nelle sorgenti termali. Poiché prima non avevano nemici naturali, i batteri erano prede relativamente facili.

7. Squalo polare della Groenlandia


Lo squalo artico della Groenlandia è uno degli squali più grandi e meno studiati del pianeta. Nonostante nuotino piuttosto lentamente (possono essere superati da qualsiasi nuotatore amatoriale), sono estremamente rari. Ciò è dovuto al fatto che questo tipo di squalo, di regola, vive a una profondità di 1200 metri. Inoltre, questo squalo è uno dei più resistenti al freddo. Di solito preferisce stare in acqua, la cui temperatura oscilla tra 1 e 12 gradi Celsius. Poiché questi squali vivono in acque fredde, devono muoversi molto lentamente per ridurre al minimo il consumo di energia. Sono indiscriminati nel cibo e mangiano tutto ciò che gli capita. Si dice che la loro durata di vita sia di circa 200 anni, ma nessuno è ancora stato in grado di confermarlo o smentirlo.

6. Verme del diavolo


Per molti decenni, gli scienziati hanno creduto che solo gli organismi unicellulari fossero in grado di sopravvivere a grandi profondità. Secondo loro, alta pressione, la mancanza di ossigeno e le temperature estreme ostacolavano le creature multicellulari. Ma poi sono stati scoperti vermi microscopici a una profondità di diversi chilometri. Chiamato halicephalobus mephisto, in onore di un demone del folklore tedesco, è stato trovato in campioni d'acqua a 2,2 chilometri sotto la superficie della terra in una grotta in Sud Africa. Sono riusciti a sopravvivere a condizioni ambientali estreme, che hanno permesso di presumere che la vita sia possibile su Marte e su altri pianeti della nostra galassia.

5. Rane

Alcune specie di rane sono ampiamente conosciute per la loro capacità di congelarsi letteralmente per tutto l'inverno e prendere vita con l'arrivo della primavera. Cinque specie di tali rane sono state trovate in Nord America, la più comune delle quali è la raganella comune. Poiché le raganelle non sono molto brave a scavare, si nascondono semplicemente sotto le foglie cadute. Hanno una sostanza come l'antigelo nelle loro vene, e sebbene i loro cuori alla fine si fermino, è temporaneo. La base della loro tecnica di sopravvivenza è l'enorme concentrazione di glucosio che entra nel flusso sanguigno dal fegato della rana. Ciò che è ancora più sorprendente è il fatto che le rane siano in grado di dimostrare la loro capacità di congelare non solo nell'ambiente naturale, ma anche in laboratorio, permettendo agli scienziati di svelare i loro segreti.

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4. Microbi del mare profondo


Sappiamo tutti che il punto più profondo del mondo è la Fossa delle Marianne. La sua profondità raggiunge quasi 11 chilometri e la pressione supera la pressione atmosferica di 1100 volte. Diversi anni fa, gli scienziati sono riusciti a trovare lì amebe giganti, che sono riusciti a fotografare con una fotocamera ad alta risoluzione e protette da una sfera di vetro dall'enorme pressione che regna sul fondo. Inoltre, una recente spedizione inviata dallo stesso James Cameron ha dimostrato che nelle profondità fossa delle Marianne ci possono essere anche altre forme di vita. Sono stati estratti campioni di sedimenti del fondo, il che ha dimostrato che la depressione è letteralmente brulicante di microbi. Questo fatto ha stupito gli scienziati, perché le condizioni estreme che regnano lì, così come l'enorme pressione, sono lungi dall'essere un paradiso.

3. Bdelloidea


I rotiferi Bdelloidea sono invertebrati femminili incredibilmente piccoli, che di solito si trovano in acqua dolce... Dalla loro scoperta, non è stato trovato un solo maschio di questa specie e gli stessi rotiferi si riproducono asessualmente, il che, a sua volta, distrugge il proprio DNA. Ripristinano il loro DNA nativo mangiando altri tipi di microrganismi. Grazie a questa capacità, i rotiferi possono resistere a una disidratazione estrema, inoltre, sono in grado di sopportare livelli di radiazioni che ucciderebbero la maggior parte degli organismi viventi sul nostro pianeta. Gli scienziati ritengono che la loro capacità di riparare il proprio DNA sia nata dalla necessità di sopravvivere in un ambiente estremamente arido.

2. Scarafaggio


C'è un mito secondo cui gli scarafaggi saranno gli unici organismi viventi che sopravviveranno guerra nucleare... Questi insetti, infatti, sono in grado di vivere senza acqua e cibo per diverse settimane, e inoltre, possono vivere senza testa per settimane. Gli scarafaggi esistono da 300 milioni di anni, sopravvivendo persino ai dinosauri. Il Discovery Channel ha condotto una serie di esperimenti che avrebbero dovuto mostrare se gli scarafaggi sarebbero sopravvissuti o meno con potenti radiazioni nucleari. Di conseguenza, si è scoperto che quasi la metà di tutti gli insetti era in grado di sopravvivere a radiazioni di 1000 rad (tali radiazioni possono uccidere un adulto sano in soli 10 minuti di esposizione), inoltre, il 10% degli scarafaggi è sopravvissuto se esposto a radiazioni di 10.000 rad, che è uguale alla radiazione in un'esplosione nucleare a Hiroshima. Sfortunatamente, nessuno di questi piccoli insetti è sopravvissuto dopo una dose di 100.000 rad.

1. Tardigradi


Piccoli organismi acquatici chiamati tardigradi hanno dimostrato di essere gli organismi più resistenti del nostro pianeta. Questi animali apparentemente carini sono in grado di sopravvivere a quasi tutte le condizioni estreme, che si tratti di caldo o freddo, pressione enorme o radiazioni elevate. Sono in grado di sopravvivere per qualche tempo anche nello spazio. In condizioni estreme e in uno stato di estrema disidratazione, queste creature sono in grado di sopravvivere per diversi decenni. Prendono vita, non appena vengono posti in uno stagno.

A prima vista può sembrare che batteri nelle sorgenti termali non vivere. Tuttavia, la natura dimostra in modo convincente che non è così.

Tutti sanno che l'acqua bolle a una temperatura di 100 gradi Celsius. Fino a poco tempo fa, la gente credeva che a questa temperatura non sopravvivesse assolutamente nulla. Gli scienziati hanno pensato così fino a quando, sul fondo dell'Oceano Pacifico, nelle sorgenti termali, non hanno trovato batteri inesplorati dalla scienza. Si sentono benissimo a 250 gradi!

A grandi profondità l'acqua non si trasforma in vapore, ma rimane solo acqua, perché c'è una grande profondità e una grande pressione. L'acqua a questa temperatura contiene molte sostanze chimiche di cui si nutrono i batteri sopra menzionati. Non è chiaro come gli esseri viventi si siano abituati a una tale temperatura, ma sono abituati a vivere lì in modo tale che se vengono portati a una temperatura inferiore a 80 gradi Celsius, farà freddo per loro.

Come si è scoperto - non il limite per la vita dei batteri - la temperatura è di 250 gradi. Nello stesso Oceano Pacifico è stata trovata una sorgente molto calda, l'acqua in cui raggiunge i 400 gradi. Anche in tali condizioni, non vivono solo molti batteri, ma anche alcuni vermi, oltre a diversi tipi di molluschi.

Tutti sanno che quando apparve la Terra (molti milioni di anni fa), era una normale palla incandescente. Per secoli, le persone hanno creduto che la vita sul nostro pianeta apparisse quando la Terra si raffreddava. E si credeva anche che la vita non potesse esistere su altri pianeti con una temperatura elevata. Probabilmente, gli scienziati dovranno ora riconsiderare le loro opinioni in relazione a questo fatto.

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