Estremisti nel mondo animale. La vita nell'acqua bollente Struttura per età e sesso delle popolazioni

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 sui 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 acque con una temperatura di circa 55°. Anche supponendo che in tutti i casi osservati la termometria sia stata eseguita in modo impreciso, è comunque chiaro trarre una conclusione sulla capacità di alcuni pesci di vivere a una temperatura piuttosto elevata. Nelle terme, oltre ai pesci, si segnalava 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 più in dettaglio i limiti di temperatura per il mondo animale che vive nelle sorgenti termali.

Assieme al mondo animale è estremamente facile stabilire la presenza di alghe nelle terme, che talvolta formano 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 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 rappresentata più abbondantemente 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 contengano pochissimo un gran numero di batteri saprofiti.

La riproduzione dei 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. 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 crescono su agar carne-peptone, tiobatteri come Tkiobacillus thioparus e desolforatori. Per inciso, 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.

Uno studio sui 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. Sandy, povero composti organici i suoli avevano una micropopolazione piuttosto rada, mentre quelli contenenti materia organica di colore scuro erano abbondantemente popolati di batteri. Così, la connessione 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 era in grado di rilevare i batteri termofili che decompongono la fibra. Questo momento siamo inclini a spiegare 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 solforosi 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 sedimenti 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 alcuni casi 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 bioliti e 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 di un fungo della muffa del 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 le istruzioni di Afanasyeva-Kester, assomigliano a Microspira aestuarii van Delden e Vibrio thermodesulfuricans Elion. Alcune considerazioni sul possibile ruolo di questi batteri nella formazione di idrogeno solforato nei bagni termali sono state espresse da Gubin (1924-1929).

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Nell'acqua bollente a una temperatura di 100 ° C, muoiono tutte le forme di organismi viventi, inclusi batteri e microbi, noti per la loro resistenza e vitalità: questo è un fatto ben noto e generalmente riconosciuto. Ma quanto va a finire male!

Alla fine degli anni '70, con la comparsa dei primi veicoli d'altura sul fondo dell'oceano, sorgenti idrotermali, da cui sgorgavano ininterrottamente ruscelli di acqua super calda altamente mineralizzata. La temperatura di tali flussi raggiunge un incredibile 200-400 ° C. All'inizio, nessuno avrebbe potuto immaginare che a una profondità di diverse migliaia di metri dalla superficie, nell'oscurità eterna, e anche a una tale temperatura, potesse esistere la vita. Ma lei esisteva lì. Inoltre, non una vita unicellulare primitiva, ma interi ecosistemi indipendenti costituiti da specie precedentemente sconosciute alla scienza.

Una sorgente idrotermale trovata sul fondo della Fossa delle Cayman a una profondità di circa 5.000 metri. Tali sorgenti sono chiamate fumatori neri a causa dell'eruzione di acqua simile al fumo nero.

La base degli ecosistemi che vivono nelle sorgenti idrotermali è costituita da batteri chemiosintetici - microrganismi che ricevono i nutrienti necessari ossidando vari elementi chimici; nel caso specifico, per ossidazione dell'anidride carbonica. Tutti gli altri rappresentanti degli ecosistemi termali, inclusi granchi filtratori, gamberetti, vari molluschi e persino enormi vermi marini, dipendono da questi batteri.

Questo fumatore nero è completamente avvolto da anemoni bianchi. Condizioni che significano la morte per gli altri organismi marini sono la norma per queste creature. Gli anemoni bianchi ricevono il cibo assorbendo i batteri chemiosintetici.

Organismi che vivono in " fumatori neri"dipendono completamente dalle condizioni locali e non sono in grado di sopravvivere nell'habitat familiare alla stragrande maggioranza vita marina... Per questo motivo, per molto tempo non è stato possibile portare in superficie nessun essere vivente, tutti sono morti quando la temperatura dell'acqua è scesa.

Verme pompeiano (latino Alvinella pompejana) - questo abitante degli ecosistemi idrotermali sottomarini ha ricevuto un nome piuttosto simbolico.

Alza il primo creatura riuscito sott'acqua veicolo senza equipaggio L'ISIS è gestito da oceanografi britannici. Gli scienziati hanno scoperto che le temperature inferiori a 70 ° C sono mortali per queste incredibili creature. Questo è abbastanza notevole, poiché la temperatura di 70 ° C è fatale per il 99% degli organismi che vivono sulla Terra.

La scoperta degli ecosistemi termali sottomarini è stata estremamente importante per la scienza. In primo luogo, sono stati ampliati i limiti entro i quali la vita può esistere. In secondo luogo, la scoperta si è imbattuta negli scienziati nuova versione sull'origine della vita sulla Terra, secondo la quale la vita ha avuto origine nelle bocche idrotermali. E in terzo luogo, questa scoperta ci ha fatto ancora una volta capire che sappiamo poco del mondo che ci circonda.

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 pensavano così fino a quando, sul fondo dell'Oceano Pacifico, nelle sorgenti termali, non trovarono 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. In acqua di questa temperatura ce ne sono molti 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, hanno trovato molto primavera 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.

Oggi, 6 ottobre, è la Giornata Mondiale per la Conservazione degli Habitat Animali. In onore di questa vacanza, vi proponiamo una selezione di 5 animali che hanno scelto come casa i luoghi con le condizioni più estreme.

Gli organismi viventi si trovano in tutto il nostro pianeta e molti di loro vivono in luoghi con condizioni estreme. Tali organismi sono chiamati estremofili. Questi includono batteri, archaea e solo pochi animali. Di quest'ultimo parliamo in questo articolo. 1. Vermi pompeiani... Queste acque profonde vermi policheti, di lunghezza non superiore a 13 cm, sono tra le più resistenti alle alte temperature degli animali. Pertanto, non sorprende che si possano trovare esclusivamente su sorgenti idrotermali sul fondo degli oceani (), da cui altamente mineralizzate acqua calda... Quindi, per la prima volta, una colonia di vermi pompeiani è stata scoperta nei primi anni '80 nelle sorgenti idrotermali nell'Oceano Pacifico vicino alle Isole Galapagos, e successivamente, nel 1997, vicino al Costa Rica e ancora alle sorgenti idrotermali.

Solitamente il verme pompeiano depone il proprio corpo nelle strutture a pipa dei fumatori neri, dove la temperatura raggiunge gli 80°C, e sporge la testa piumata, dove la temperatura è più bassa (circa 22°C). Gli scienziati hanno a lungo cercato di capire come il verme pompeiano possa resistere a temperature così estreme. Gli studi hanno dimostrato che questo è aiutato da batteri speciali che formano uno strato spesso fino a 1 cm sul retro del verme, simile a una coperta di lana. In una relazione simbiotica, i vermi secernono muco da minuscole ghiandole sulla schiena, di cui si nutrono i batteri, che a loro volta isolano il corpo dell'animale dalle alte temperature. Si ritiene che questi batteri abbiano proteine ​​speciali che consentono di proteggere i vermi e i batteri stessi dalle alte temperature. 2. Ginefora del bruco... La Groenlandia e il Canada ospitano la falena Gynaephora groenlandica, nota per la sua capacità di resistere a temperature estremamente basse. Quindi, vivendo in climi freddi, i bruchi di G. groenlandica, pur in letargo, possono tollerare temperature fino a -70°C! Ciò è reso possibile dai composti (glicerina e betaina) che i bruchi iniziano a sintetizzare a fine estate quando le temperature scendono. Queste sostanze impediscono la formazione di cristalli di ghiaccio nelle cellule dell'animale e quindi gli impediscono di congelarsi fino alla morte.

Tuttavia, questa non è l'unica caratteristica della specie. Mentre la maggior parte delle altre specie impiega circa un mese per trasformarsi da uova ad adulto, G. groenlandica può impiegare dai 7 ai 14 anni per svilupparsi! Questa lenta crescita della Gynaephora groenlandica è dovuta alle condizioni ambientali estreme in cui l'insetto deve svilupparsi. È interessante notare che i bruchi di Gynaephora groenlandica trascorrono la maggior parte della loro vita in letargo e il resto del tempo (circa il 5% della loro vita) lo dedicano a mangiare la vegetazione, ad esempio i boccioli del salice artico. 3. L'olio vola... Sono gli unici insetti noti alla scienza che possono vivere e nutrirsi di petrolio greggio. Questa specie è stata scoperta per la prima volta a La Brea Ranch in California, dove ci sono diversi laghi bituminosi.

Autori: Michael S. Caterino & Cristina Sandoval. Come sai, l'olio è molto sostanza tossica per la maggior parte degli animali. Tuttavia, come larve, le mosche oleose nuotano vicino alla superficie dell'olio e respirano attraverso speciali spiracoli che sporgono sopra la marea nera. Le mosche mangiano grandi quantità di olio, ma principalmente insetti che vi entrano. A volte gli intestini delle mosche sono completamente pieni di olio. Fino ad ora, gli scienziati non hanno descritto il comportamento di accoppiamento di queste mosche, né dove depongono le uova. Tuttavia, si presume che ciò non stia accadendo all'interno del bacino petrolifero.

Un lago bituminoso a La Brea Ranch in California.È interessante notare che la temperatura dell'olio nel bacino può raggiungere i 38 ° C, ma le larve possono facilmente tollerare questi cambiamenti. 4. Artemia... Situato nella parte nord-occidentale dello stato americano dello Utah, Great Lago salato ha una salinità che raggiunge i 270 ppm (per fare un confronto: il mare più salato dell'Oceano Mondiale - il Mar Rosso - ha una salinità di soli 41 ppm). L'altissima salinità del serbatoio lo rende inadatto alla vita di tutti gli esseri viventi al suo interno, ad eccezione delle larve di mosche costiere, di alcune alghe e di Artemia, piccoli crostacei.

Questi ultimi, tra l'altro, vivono non solo in questo lago, ma anche in altri corpi idrici, la cui salinità è di almeno 60 ppm. Questa caratteristica consente ai gamberi di salamoia di evitare la convivenza con la maggior parte delle specie predatrici, come i pesci. Questi crostacei hanno un corpo segmentato con un'ampia appendice fogliare all'estremità, e di solito non superano i 12 millimetri di lunghezza. Sono ampiamente usati come cibo per pesci d'acquario e sono anche allevati negli acquari. 5. Tardigradi... Queste minuscole creature, lunghe non più di 1 millimetro, sono gli animali più resistenti alle alte temperature. Vivono in diverse parti del pianeta. Ad esempio, sono stati trovati nelle sorgenti calde, dove le temperature hanno raggiunto i 100 ° C, e sulla cima dell'Himalaya, sotto uno strato di ghiaccio spesso, dove le temperature erano molto al di sotto dello zero. E presto si è scoperto che questi animali sono in grado non solo di sopportare temperature estreme, ma anche di fare a meno di cibo e acqua per più di 10 anni!

Gli scienziati hanno scoperto che in questo sono aiutati dalla capacità di sospendere il loro metabolismo, entrando in uno stato di criptobiosi, quando i processi chimici nel corpo dell'animale si avvicinano allo zero. In questo stato, il contenuto di acqua nel corpo del tardigrado può scendere all'1%! E inoltre, la capacità di fare a meno dell'acqua dipende in gran parte dall'alto livello di una sostanza speciale nel corpo di questo animale: lo zucchero trealosio non riducente, che protegge le membrane dalla distruzione. È interessante notare che, sebbene i tardigradi siano in grado di vivere in ambienti estremi, molte specie possono essere trovate in ambienti più miti come laghi, stagni o prati. I tardigradi sono più comuni negli ambienti umidi, nei muschi e nei licheni.

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 di temperatura superiore per i batteri delle sorgenti termali è di circa 90 ° C. La variabilità della temperatura è molto importante dal 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 nel mezzo è temperatura ottimale, in cui 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 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 - artica) 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 eschimo-aleutiani (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 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; è stato notato che non può essere di natura generale, poiché molti fattori diversi dalla temperatura influenzano le dimensioni dei mammiferi e degli uccelli. Inoltre, l'adattamento a un clima rigido a livello di popolazione e specie spesso si verifica non a causa di cambiamenti nelle dimensioni del corpo, ma a causa di cambiamenti nelle 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 forestali, che si nutrono di prede più grandi).

In relazione agli esseri umani, la regola è in una certa misura applicabile (ad esempio, le tribù pigmee, apparentemente, ripetutamente e indipendentemente sono apparse in diverse aree con clima tropicale); tuttavia, a causa delle differenze nelle diete e dei 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 di quelle subtropicali e 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. Parte integrante di 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 ai cambiamenti morfologici, riduzione organi vegetativi, soprattutto 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 l'acqua attraverso l'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 cal 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.

L'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, cioè. sintetizzare sostanze organiche da 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 della 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 falene sono molto sensibili ai 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 altre.

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 di vita. 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 dell'intensità del fattore di influenza 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 a un complesso di fattori, sono chiamati euribionti (vedi Eurybionti), a differenza degli stenobionti (vedi Stenobionti), che hanno scarsa adattabilità. Poiché l'euribionticità 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 nelle 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 letargo (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 stabilito 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 organismo vivente può essere descritto dalla totalità caratteristiche peculiari, proprietà, che sono chiamate caratteristiche di 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 del padre e della 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 raggio d'azione, si trova solo in luoghi umidi ombrosi con terreno fertile, formando boschetti nelle pianure alluvionali di fiumi, torrenti, intorno ai laghi, lungo i margini delle paludi, nelle foreste miste e nei boschetti di arbusti. Colonie della talpa europea, ben visibili sui cumuli di terra, 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, che abitano per lungo tempo (un gran numero di generazioni) in un determinato 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 questa specie occupi una certa area, determinata dalla natura della sua alimentazione. A causa della divergenza tra gli individui, la gamma aumenta. Il nuovo habitat conterrà aree con diverse piante foraggere, proprietà fisico-chimiche, ecc. Gli individui che si trovano in diverse parti dell'areale formeranno popolazioni. In futuro, a causa della differenza sempre crescente tra gli individui delle popolazioni, diventerà sempre più evidente 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. Durante le epidemie di riproduzione di massa, la specie si diffonde molto ampiamente e sorgono popolazioni gigantesche.

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).

Va però 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, ovvero 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 possibile incrociare individui riproduttori portatori di geni recessivi. 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 per 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 sono incluse nella biocenosi non come individui separati, ma come 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 si considera l'impatto dei fattori ambientali su un singolo organismo, 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 temperatura specifica, altri a una temperatura più bassa e altri a una temperatura più elevata esistono fattori sotto forma di gruppi o popolazioni, ad es. un insieme di individui conviventi 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 labili 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 la probabilità di incontrare partner sessuali si riduce drasticamente. Il numero critico dipende anche da altri fattori. Ad esempio, per alcuni organismi, uno stile di vita di gruppo è specifico (colonie, greggi, armenti). 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 l'obiettivo è ottenere un determinato prodotto, l'età, il sesso e altre caratteristiche delle popolazioni vengono adattate tenendo conto del compito.

Lo sfruttamento delle popolazioni di comunità vegetali (ad esempio, per l'ottenimento di legname) è di solito 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 forte predominanza di un sesso o dell'altro, alternanza di generazioni con assenza di maschi. Ogni popolazione può 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, la curva di sopravvivenza è una linea decrescente (vedi figura, tipo I). Cioè, la morte di individui di questo tipo avviene 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 in 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 una via di mezzo tra i tipi I e II). Questo tipo è chiamato il tipo di Drosophila: è ciò che la Drosophila mostra in condizioni di laboratorio (non mangiata dai predatori). Moltissime specie sono caratterizzate da alti tassi di mortalità. 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 è formata da un lato sulla base di comuni proprietà biologiche 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 determinati territori si formano caratteristiche adattative di adattamento di gruppo di una popolazione come sistema sovraindividuale, il che suggerisce che le caratteristiche adattative di una popolazione sono molto più elevate di quelle dei suoi costituenti individui.

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 preriproduttivo 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 classi di 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 danno semi in autunno.

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 vita alle nuove generazioni.

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

Per studiare la struttura 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 gran parte 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 le femmine non le hanno, gli uccelli maschi hanno il piumaggio brillante e le femmine hanno le maschere.

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 numero di generazioni e anni successivi. Questo è importante quando si valutano le possibilità di pescare il pesce, sparare agli animali, salvare i raccolti dalle infestazioni di locuste e in altri casi.