Facteurs environnementaux anthropiques, biotiques et abiotiques. Caractéristiques des facteurs environnementaux abiotiques

Lors de la conduite d'une leçon, une présentation informatique est utilisée, contenant les principales dispositions du matériel présenté, des tableaux, des exemples, des illustrations. À l'avance, chaque élève est chargé de préparer des messages sur certaines sections du sujet de la leçon. Le matériel de la présentation et les messages préparés sont utilisés lors de la compilation des devoirs de test.

Pendant les cours

Professeur. Tous les organismes vivants habitant la Terre sont influencés par des facteurs environnementaux. Les facteurs écologiques sont des propriétés individuelles ou des éléments de l'environnement qui affectent les organismes vivants directement ou indirectement au cours d'au moins une des étapes du développement individuel. Les facteurs environnementaux sont multiples. Ils peuvent être répartis selon le type d’effet sur les organismes, le degré de variabilité dans le temps et la durée d’action. Mais généralement, les facteurs environnementaux sont divisés en fonction de leur origine en abiotiques, biotiques et anthropiques.

(L'écran affiche un système de classification des facteurs environnementaux.)

Les organismes réagissent différemment aux effets des facteurs abiotiques. Certaines bactéries sont capables de vivre dans les conditions les plus extrêmes - dans les geysers, les sources d'hydrogène sulfuré, dans l'eau très salée, dans les plus grandes profondeurs de l'océan mondial, très profondément dans le sol, dans la glace de l'Antarctique, dans les corps des êtres vivants. organismes. Et certains organismes planctoniques de l’océan meurent au moindre changement de température ou de salinité de l’eau environnante. Certains facteurs sont également importants pour les organismes de différentes manières. Par exemple, pour une larve de hanneton se développant dans le sol, un facteur aussi important que la lumière est pratiquement sans importance.

À partir d'une longue liste de facteurs abiotiques, nous considérerons la température, la lumière et l'humidité - leur influence est très importante pour la plupart des organismes vivants de la planète.

Température

Professeur. Les températures terrestres peuvent varier selon les régions du globe de +50 °C à –50 °C, atteignant rarement des valeurs supérieures ou inférieures, par exemple pendant la journée dans les déserts ou en hiver dans certaines régions de la Sibérie orientale, de l'Arctique et de l'Antarctique. . La température de l'eau dans l'océan mondial varie généralement de +2 °C à +27 °C. En conséquence, la plupart des plantes et des animaux sont capables d'exister dans des conditions de plage de température plutôt étroite. Cependant, certains types de bactéries peuvent vivre et se multiplier dans les sources chaudes à des températures supérieures à +80 °C. D'autres organismes sont capables de survivre à des changements importants de température lorsqu'ils sont au repos ou en animation suspendue. Par exemple, les spores microbiennes peuvent résister à un refroidissement jusqu’à –200 °C.

(L'écran montre différents groupes d'animaux en fonction de leur relation avec les changements de température.)

Message de l'étudiant

Il existe des organismes animaux avec une température corporelle constante (à sang chaud - oiseaux et mammifères) et avec une température corporelle instable (à sang froid - poissons, amphibiens, reptiles, tous les animaux invertébrés).

Pour se protéger de l’hypothermie et de la surchauffe, les organismes ont développé certaines adaptations. Par exemple, avec le début de l’hiver, les plantes entrent dans un état de dormance hivernale. De nombreux animaux hibernent. Leur taux métabolique diminue fortement. En prévision de l'hiver, beaucoup de graisses et de glucides sont stockés dans les tissus animaux, la quantité d'eau dans les cellules diminue, les sucres et la glycérine s'accumulent, ce qui empêche le gel. Cela augmente la résistance au gel des organismes hivernants.

Pendant la saison chaude, au contraire, des mécanismes physiologiques sont activés pour protéger contre la surchauffe. Chez les plantes, l'évaporation de l'humidité à travers les stomates augmente, ce qui entraîne une diminution de la température des feuilles. Chez les animaux, l’évaporation de l’eau augmente par le système respiratoire et la peau.

La capacité de maintenir une température corporelle constante chez les oiseaux et les mammifères est associée à un métabolisme intensif, qui, à son tour, est possible grâce à un cœur à quatre chambres et à la séparation complète des flux sanguins artériel et veineux, grâce à l'apport d'oxygène artériel. du sang vers les tissus. Les plumes ou les poils protègent les oiseaux et les mammifères des pertes de chaleur. Les espèces qui vivent dans des climats constamment chauds possèdent des adaptations spéciales pour dissiper la chaleur. Par exemple, les éléphants ont une grande oreille qui fait office d’échangeur de chaleur.

En maintenant une température corporelle constante, les oiseaux et les animaux peuvent rester actifs lors de changements brusques de température et vivre dans presque toutes les régions du globe.

Lumière

Professeur. La lumière et le processus associé de photosynthèse assurent tous les processus vitaux se produisant sur Terre. Pour la photosynthèse, la longueur d'onde du rayonnement perçu, sa durée et son intensité sont importantes.

(L'écran affiche un diagramme du spectre de la lumière solaire.)

Les plantes par rapport à la lumière sont divisées en celles qui aiment la lumière, qui aiment l'ombre et qui tolèrent l'ombre. Les plantes qui aiment l'ombre poussent dans des conditions de faible luminosité, comme sous la canopée d'une forêt. Les plantes tolérantes à l'ombre peuvent exister aussi bien dans des conditions de bon éclairage qu'à l'ombre.

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Message de l'étudiant

La durée du jour joue un rôle important dans la régulation de l'activité des organismes vivants et de leur développement. photopériode. Sous les latitudes tempérées, le cycle de développement des animaux et des plantes est limité aux saisons de l'année, et le signal permettant de préparer les organismes aux changements de température est précisément la durée de la journée, qui, contrairement à d'autres facteurs, est toujours constante pour chaque lieu et temps. Le photopériodisme est un mécanisme déclencheur qui comprend des processus physiologiques qui conduisent à la croissance et à la floraison des plantes au printemps, à la fructification en été et à la chute des feuilles à l'automne. Chez les animaux, les changements dans les heures de clarté sont associés à la reproduction, aux migrations saisonnières (par exemple, les vols d'oiseaux), à l'accumulation de graisse et à la préparation à la phase de dormance hivernale.

Outre les changements saisonniers, les changements quotidiens des conditions d’éclairage sont également importants. Le changement de jour et de nuit détermine le rythme quotidien de l'activité physiologique des organismes. Une adaptation importante qui assure la survie d’un individu est une sorte d’« horloge biologique », la capacité de ressentir le temps.

Message de l'étudiant

Les plantes sont caractérisées par un phénomène appelé phototropisme, est un changement de position des parties de la plante au cours de la journée en fonction de la position de la source lumineuse. Les feuilles des plantes se détournent de l'excès de lumière et chez les espèces tolérantes à l'ombre, au contraire, elles se tournent vers elle. Ainsi, les organes assimilateurs tentent d'occuper une position dans laquelle la plante recevra la quantité optimale de lumière.

Certains animaux et organismes unicellulaires présentent également un mouvement vers l'éclairage le plus élevé ou le plus faible (positif ou négatif). phototaxie) pour sélectionner l'habitat le plus adapté.

Message de l'étudiant

Pour les animaux, y compris les humains, la lumière a avant tout une valeur informative. De nombreux mammifères et oiseaux reçoivent la grande majorité des informations via les organes de la vision. La plupart des organismes ont besoin de lumière pour s'orienter dans l'espace. Même les organismes les plus simples possèdent des organites sensibles à la lumière dans leurs cellules. Avec leur danse, les abeilles montrent à leurs frères la trajectoire de vol jusqu'à la source de nourriture. Il a été établi que les figures de danse (figures en huit) sont orientées par rapport au soleil.

Lors des migrations printemps-automne, les oiseaux naviguent selon les étoiles et le soleil. Dans les habitats où il y a très peu ou pas de lumière (dans les grottes, dans les profondeurs de l'océan), et parfois avec un mode de vie nocturne, certains animaux (poissons, céphalopodes, insectes, crustacés) peuvent avoir des adaptations pour bioluminescence– la capacité de briller pour attirer des proies, des individus du sexe opposé, faire fuir les ennemis, etc.

Humidité

Professeur. L'eau est un composant nécessaire de la cellule, c'est pourquoi sa quantité dans certains habitats est un facteur limitant pour les plantes et les animaux et détermine la nature de la flore et de la faune d'une zone donnée.

(L'écran montre des représentants de différents groupes de plantes avec des habitats d'humidité différente.)

En fonction de l'humidité du sol, la composition spécifique de la végétation change. Au fur et à mesure que les sols s'assèchent, les forêts sont remplacées par une végétation de forêt-steppe, puis de steppe et de désert. L'excès d'humidité dans le sol entraîne l'engorgement et l'apparition de végétation marécageuse. Les précipitations peuvent tomber de manière inégale tout au long de l’année et les organismes vivants doivent supporter des sécheresses de longue durée. L'intensité du développement du couvert végétal et, par conséquent, l'intensité de la nutrition des ongulés dépendent de la saison des pluies.

Les plantes et les animaux ont développé des adaptations pour vivre dans des conditions de pénurie d’eau. Par exemple, les plantes des habitats secs ont développé un système racinaire puissant, la cuticule des feuilles est épaissie, les limbes des feuilles sont réduits ou transformés en aiguilles et épines, ce qui réduit l'évaporation. La croissance s'arrête pendant la sécheresse. Les cactus et certaines autres plantes (plantes succulentes) stockent de l'humidité dans leurs tiges. Dans les déserts et semi-déserts, au début de l'été, après une courte floraison, les plantes éphémères perdent leurs feuilles, leurs parties aériennes meurent et leurs bulbes et rhizomes subsistent jusqu'à la saison suivante. C'est ainsi que ces plantes survivent à la période de sécheresse.

Dans les déserts, les petits animaux - arthropodes, serpents, tortues, rongeurs - peuvent tomber en hibernation estivale, se transformant parfois en hiver, jusqu'à la saison suivante.

Message de l'étudiant

Avec toute la diversité des formes et des mécanismes d'adaptation des organismes vivants aux effets de facteurs environnementaux défavorables, ils peuvent être regroupés en trois manières principales : active, passive et évitement des effets néfastes. Tous ces chemins se déroulent en relation avec n'importe quel facteur environnemental, qu'il s'agisse de la lumière, de la chaleur ou de l'humidité.

Chemin actif– renforcer la résistance, développer des capacités de régulation qui permettent de parcourir le cycle de vie et de produire une progéniture, malgré les écarts des conditions environnementales par rapport aux conditions optimales. Cette trajectoire est caractéristique des organismes à sang chaud, mais se manifeste également chez un certain nombre de plantes supérieures (accélération du taux de croissance et mort des pousses, des racines, floraison rapide).

Voie passive– subordination des fonctions vitales de l’organisme aux conditions extérieures. Il s’agit d’une utilisation économique des ressources énergétiques lorsque les conditions de vie se détériorent, augmentant ainsi la stabilité des cellules et des tissus. Elle se manifeste par une diminution de l'intensité des processus métaboliques, un ralentissement du taux de croissance et de développement, une hibernation, une animation suspendue des individus adultes ou une existence au stade dormant (graines déshydratées, spores, œufs de certains invertébrés, qui peuvent survivre pendant des années dans les conditions les plus défavorables). Exprimé dans les plantes et les animaux à sang froid, chez les mammifères et les oiseaux capables d'hibernation ou de torpeur.

Éviter les conditions environnementales défavorables caractéristique de tous les êtres vivants. Le passage des cycles de vie à la période la plus favorable de l'année (processus actifs - pendant la saison de croissance, en hiver - un état de dormance). Pour les plantes – protection des bourgeons de renouvellement et des jeunes tissus par la couverture neigeuse et la litière ; réflexion des rayons du soleil. Pour les animaux - abris : trous et nids.

Message de l'étudiant

De nombreuses petites plantes tolèrent les basses températures hivernales, hivernant sous la neige dans une couche de litière. Avec l’arrivée des gelées, les branches du cèdre nain tombent au sol et se relèvent au printemps. La tortuosité des troncs des bouleaux parasols est également interprétée par certains chercheurs comme une adaptation de l'espèce au froid. En se tortillant, le tronc de l'arbre s'attarde quelque temps dans la couche de sol plus chaude. Cela se produit aussi bien dans le nord de l’Europe que dans le nord de l’Extrême-Orient.

Les animaux ont également plusieurs états de repos. L'hibernation estivale est due aux températures élevées et au manque d'eau, l'hibernation hivernale est due au froid. Les processus métaboliques chez les mammifères ne ralentissent pas toujours pendant le sommeil hivernal : les ours bruns et polaires donnent naissance à des oursons en hiver. L'anabiose est un état du corps dans lequel les processus vitaux ralentissent tellement que les signes de vie peuvent être absents. Le corps se déshydrate et peut donc tolérer des températures très basses. L'anabiose est typique des spores, des graines, des lichens séchés, des fourmis et des protozoaires unicellulaires.

Tous les animaux se déplacent activement vers des endroits aux températures plus favorables (à la chaleur - à l'ombre, par temps froid - au soleil), se rassemblent ou se dispersent, se recroquevillent en boule pendant l'hibernation, choisissent ou créent des abris avec un certain microclimat, et sont actifs à certaines heures de la journée.

Professeur. En s’adaptant aux facteurs environnementaux abiotiques et en établissant des relations les uns avec les autres, les plantes, les animaux et les micro-organismes sont répartis dans l’espace dans divers environnements, formant une grande variété d’écosystèmes (biogéocénoses), qui s’unissent finalement dans la biosphère terrestre.

Conclusion: pour tous les organismes vivants, c'est-à-dire Les plantes et les animaux sont affectés par des facteurs environnementaux abiotiques (facteurs de nature inanimée), notamment la température, la lumière et l'humidité. En fonction de leur adaptabilité à l'influence de facteurs de nature inanimée, les plantes et les animaux sont divisés en différents groupes écologiques.

Pour consolider les connaissances acquises, un test est réalisé (5 à 7 minutes).

Chaque élève reçoit une fiche avec des tâches de type test basées sur le matériel de cours. Une fois la tâche terminée, les feuilles sont collectées.

Options de tâche

Exercice 1. Parmi les animaux répertoriés, sélectionnez à sang chaud (c'est-à-dire avec une température corporelle constante) et à sang froid : crocodile, vipère, varan, tortue, carpe, lièvre, mésange.

Tâche 2. Choisissez parmi les plantes proposées des plantes qui aiment la lumière, qui aiment l'ombre et qui tolèrent l'ombre.

Camomille, épicéa, pissenlit, bleuet, sauge des prés, herbe à plumes des steppes, fougère fougère.

Informations Complémentaires:

1) qui aime la lumière - ont de petites feuilles, des pousses très ramifiées, beaucoup de pigments, par exemple des céréales (augmenter l'intensité lumineuse au-delà de l'optimum supprime la photosynthèse, il est donc difficile d'obtenir de bonnes récoltes sous les tropiques) ;

2) aimant l'ombre - les feuilles sont fines, grandes, disposées horizontalement, avec moins de stomates ;

3) tolérantes à l'ombre - plantes capables de vivre dans des conditions de bon éclairage et d'ombrage.

Tâche 3. Sélectionnez des plantes liées à :

1) plantes aquatiques ;
2) plantes semi-aquatiques ;
3) les plantes terrestres ;
4) plantes dans des endroits secs et très secs.

Renoncule, bleuet, cactus, nénuphar blanc, aloès.

Quelles plantes sont appelées succulentes ?

Tâche 4. Sélectionnez des animaux diurnes, nocturnes et crépusculaires.

Chouette, lézard, léopard, okapi, ours polaire, chauve-souris, papillon.

Tâche 5. Sélectionnez des animaux liés à :

1) animaux qui aiment l'humidité ;
2) animaux du groupe intermédiaire (groupe aquatique-terrestre) ;
3) animaux qui aiment la sécheresse.

Varan, phoque, chameau, pingouins, girafes, capybara, écureuil, poisson clown, castor.

LITTÉRATURE

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Encyclopédie illustrée des animaux. – M. : TERRA – Club de lecture, 1999.
Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. La biologie. Introduction à la biologie générale et à l'écologie. – M. : Outarde, 2005.
Fedoros E.I., Nechaeva G.A. L'écologie expérimentale : un manuel pour les élèves de la 10e à la 11e année des établissements d'enseignement général. – M. : Ventana-Graf, 2007.
Fedoros E.I., Nechaeva G.A. L'écologie expérimentale : atelier pour les élèves de la 10e à la 11e année des établissements d'enseignement général. – M. : Ventana-Graf, 2007.

À facteurs abiotiques L'environnement comprend des facteurs de nature inanimée : lumière, température, humidité, champ géomagnétique de la Terre, gravité, composition de l'eau, de l'air, environnement du sol.

Lumière. Le rayonnement du Soleil remplit une double fonction vis-à-vis de la nature vivante. Premièrement, c'est une source de chaleur dont la quantité détermine l'activité de la vie dans une zone donnée ; Deuxièmement, la lumière sert de signal qui détermine l'activité des processus vitaux, ainsi que de guide lors des déplacements dans l'espace.

Pour les organismes animaux et végétaux, la longueur d'onde du rayonnement perçu, son intensité et la durée d'exposition (la durée de la photopériode du jour, ou photopériode) sont d'une grande importance. La lumière visible, ou lumière blanche, représente environ 45 % de l’énergie radiante totale tombant sur la Terre. Les rayons ultraviolets représentent environ 10 % de toute l’énergie rayonnante. Invisibles pour l'homme, ils sont perçus par les organes visuels des insectes et leur servent d'orientation par temps nuageux. Les rayons ultraviolets du spectre sont également nécessaires à la vie humaine normale. Sous leur influence, la vitamine D se forme dans l’organisme.

La lumière visible d'une longueur d'onde de 0,4 à 0,75 microns est de la plus haute importance pour les organismes. L'énergie de la lumière visible est utilisée pour les processus de photosynthèse dans les cellules végétales. Dans ce cas, les rayons orange-rouge (0,66-0,68 microns) et bleu-violet (0,4-0,5 microns) sont particulièrement fortement absorbés par les feuilles. De 0,1 à 1 % de l’énergie solaire entrante est consommée pour la biosynthèse,
parfois l'efficacité de la végétation photosynthétique atteint plusieurs pour cent.

La variété des conditions d’éclairage dans lesquelles vivent les plantes est très grande. Dans différents habitats, l'intensité du rayonnement solaire, sa composition spectrale, la durée d'éclairage... Chez les plantes, l'intensité de la photosynthèse augmente avec l'augmentation de l'éclairage jusqu'à une certaine limite, appelée niveau de saturation lumineuse ou optimal écologique . Une nouvelle augmentation du flux lumineux ne s'accompagne pas d'une augmentation de la photosynthèse, mais conduit alors à son inhibition.

En ce qui concerne la lumière, on distingue trois groupes de plantes : celles qui aiment la lumière, celles qui aiment l'ombre et celles qui tolèrent l'ombre.

Les plantes qui aiment la lumière vivent dans des endroits ouverts en plein soleil (herbes des steppes et des prés, plantes cultivées en pleine terre et bien d'autres). Mais même chez les plantes qui aiment la lumière, une augmentation de l'éclairage au-dessus du niveau optimal supprime la photosynthèse.

Les plantes qui aiment l'ombre ont un optimum écologique dans la zone de faible luminosité et ne tolèrent pas une forte lumière. Il s'agit d'espèces qui vivent dans les niveaux inférieurs et ombragés des communautés végétales - forêts d'épicéas, forêts de chênes, etc. Les plantes tolérantes à l'ombre poussent bien en pleine lumière, mais s'adaptent également à une faible luminosité.

Le rayonnement infrarouge représente environ 45 % de la quantité totale d’énergie solaire circulant sur Terre. Les rayons infrarouges sont absorbés par les tissus des plantes et des animaux, les objets inanimés, y compris l'eau. Toute surface dont la température est supérieure à zéro émet des rayons infrarouges (chaleur) à ondes longues. Par conséquent, les plantes et les animaux reçoivent de l'énergie thermique non seulement du Soleil, mais également des objets environnementaux.

De ce qui précède, il résulte que lumière est l'un des plus importants facteurs abiotiques.

Température. La température corporelle de la plupart des organismes et, par conséquent, la vitesse de toutes les réactions chimiques qui composent le métabolisme dépendent de la température ambiante. La structure et le fonctionnement normaux des protéines, dont dépend l’existence même de la vie, sont possibles dans la plage de 0 à 50 °C. Parallèlement, les limites de température dans lesquelles se trouve la vie sont beaucoup plus larges. Dans les déserts glacés de l'Antarctique, les températures peuvent descendre jusqu'à -88 °C et dans les déserts arides atteindre 58 °C à l'ombre. Certains types de bactéries et d'algues vivent dans les sources chaudes à des températures comprises entre 80 et 88 °C. Ainsi, l’amplitude des fluctuations de température dans les différentes zones de la Terre où se déroule la vie atteint 176 °C. Même dans un habitat donné, la différence entre la température minimale en hiver et la température maximale en été peut dépasser 80 °C. Dans certaines régions, les variations quotidiennes de température sont également importantes : par exemple, dans le désert du Sahara, la température peut varier de 50 °C au cours de la journée. Mais pas un seul être vivant au monde n'est capable de tolérer toute la plage de température dans un état actif. Par conséquent, la répartition de toute espèce animale et végétale est limitée à l'habitat auquel elle est adaptée en termes de température.

Humidité. L'eau est un composant nécessaire de la cellule, donc sa quantité dans un habitat particulier détermine la nature de la végétation et de la vie animale dans cette zone. Dans une certaine mesure, la quantité d'eau dans l'environnement dépend de sa teneur dans le corps des plantes et des animaux et de leur résistance au dessèchement.

Dans les plantes des déserts et des steppes sèches, l'eau représente 30 à 65 % de la masse totale ; dans les chênaies des steppes forestières, cette valeur augmente jusqu'à 70 à 85 %, dans les forêts d'épicéas, elle atteint 90 %.

En règle générale, le corps des animaux est constitué d'au moins 50 % d'eau. Le charançon du grenier, qui se nourrit d'aliments très secs - les céréales, a encore moins d'eau dans son corps - 46 %. Les chenilles qui mangent des feuilles succulentes contiennent 85 à 90 % d’eau. En général, les animaux terrestres ont moins d’eau dans leur corps que les animaux aquatiques. Ainsi, le corps du bétail contient 59 % d'humidité, le corps humain - 64 %, les canards colverts - 70 %. Chez les poissons, la teneur en eau du corps atteint 75 % et chez les méduses, plus de 99 %.

Le bilan hydrique d'une zone dépend de la quantité de précipitations tombées au cours de l'année et de la valeur caractérisant leur évaporation. Si la quantité d'eau évaporée dépasse les précipitations annuelles, ces zones sont appelées sèches, arides ou arides.

Les zones suffisamment humides sont dites humides (humides). L’excès d’eau dans le sol entraîne le développement de marécages habités par des espèces végétales incapables de réguler leur régime hydrique. Ceux-ci comprennent des algues, des champignons, des lichens, certaines mousses, des élodées, des renoncules d'eau, des Vallisneria, des roseaux et bien d'autres. Ces plantes ont une faible pression osmotique de la sève cellulaire et, par conséquent, une faible rétention d'eau.
capacité, niveau élevé d'évaporation grâce à des stomates largement ouverts. Le système racinaire des plantes fleuries des marais est peu développé ou totalement absent.

La capacité de réguler l'équilibre hydrique des plantes herbacées des forêts sombres de conifères est limitée. À mesure que l’humidité du sol diminue, la composition spécifique des communautés végétales change. Les forêts de feuillus cèdent la place aux forêts de petites feuilles, qui se transforment en forêt-steppe. Avec une nouvelle diminution des précipitations (et une augmentation de la sécheresse des sols), les herbes hautes cèdent la place aux herbes courtes. Lorsque les précipitations annuelles sont inférieures ou égales à 250 mm, des déserts apparaissent. Avec une répartition inégale des précipitations au fil des saisons, les plantes et les animaux doivent endurer de longues sécheresses.

Les plantes ont développé un certain nombre d’adaptations au manque périodique d’humidité. Il s'agit d'une forte réduction de la saison de croissance (jusqu'à 4 à 6 semaines) et d'une longue période de dormance que connaissent les plantes sous forme de graines, bulbes, tubercules, etc. (tulipes, oignons d'oie, coquelicots, etc.). Ces plantes sont appelées éphémères et éphéméroïdes. D'autres, qui ne cessent de croître pendant la période sèche, ont un système racinaire très développé, beaucoup plus volumineux que la partie aérienne.

La réduction de l'évaporation est obtenue en réduisant le limbe de la feuille, sa pubescence, en réduisant le nombre de stomates, en transformant la feuille en épines et en développant un revêtement cireux imperméable. Certaines espèces, comme le saxaul, perdent leurs feuilles et la photosynthèse est réalisée par les branches vertes. De nombreuses plantes sont capables de stocker de l'eau dans les tissus de la tige ou de la racine (cactus, asclépiade du désert africain, reine des prés des steppes).

La survie en période sèche est facilitée à la fois par la pression osmotique élevée de la sève cellulaire, qui empêche l'évaporation, et par la capacité de perdre une grande quantité d'eau (jusqu'à 80 %) sans perte de viabilité. Les animaux du désert ont un type particulier de métabolisme dans lequel de l'eau se forme dans le corps lorsqu'ils mangent de la nourriture sèche (rongeurs). La graisse, qui s'accumule en grande quantité chez certains animaux (chameaux, moutons à grosse queue), sert également de source d'eau. Les ongulés sont capables de parcourir de grandes distances à la recherche d’eau. De nombreux petits animaux entrent en animation suspendue pendant les périodes de sécheresse.

Salinité. Pour les organismes vivants, la composition qualitative et quantitative des sels minéraux présents dans l'environnement revêt une grande importance. L'air contient peu de sels et ceux-ci n'ont pas d'effet significatif sur les organismes vivants. Les sels sont toujours présents dans l'eau et presque exclusivement dans les solutions. Les principaux composants des solutions salines sont les ions Na +, K +, Ca 2+ et Mg 2+. Parmi les anions, la plus grande densité appartient au chlore (Cl -), aux résidus d'acide sulfurique (SO 4 2-), à l'hydrogénocarbonate (HCO 3 -) et au carbonate (CO 3 2-).

Les composants importants des solutions naturelles comprennent également des ions de fer divalent ou trivalent et de manganèse.

De manière générale, on peut dire que l'eau de mer contient le plus de sodium et de chlore. Dans les eaux douces, on trouve principalement des ions calcium, bicarbonate et carbonate. Dans certains réservoirs, les sulfates prédominent (mers Caspienne et Aral).

1) eau douce - jusqu'à 0,5 ;

2) eaux saumâtres - de 0,5 à 30 ;

3) salé - de 30 à 40 ;

4) saumures - plus de 40.

La concentration et la composition qualitative des sels dans les plans d'eau ont une grande influence sur le nombre et la répartition des animaux aquatiques. Les animaux d’eau douce ont généralement une pression osmotique plus élevée par rapport à leur environnement, de sorte que l’eau pénètre constamment dans leur corps.

Pour éliminer l'excès d'eau, des vacuoles pulsées (chez les protozoaires) et des organes excréteurs chez les animaux multicellulaires sont utilisés. Les habitants marins sont pour la plupart isotoniques avec l'eau de mer, mais de nombreuses espèces sont hypotoniques et pour elles, la régulation de la concentration de substances dissoutes dans les fluides corporels est associée à des coûts énergétiques élevés. Par exemple, chez les anciens poissons cartilagineux (requins, raies), la pression osmotique à l'intérieur du corps est égale à la pression de l'eau de mer environnante. Mais les poissons osseux, qui ont évolué en eau douce, ont une faible pression osmotique.

Pour compenser la perte d'eau dans leur corps, ils boivent de l'eau de mer et les excès de sels absorbés avec celle-ci sont excrétés par les reins, ainsi que par les intestins et les branchies.

Peu d’espèces d’animaux aquatiques peuvent vivre à la fois en eau douce et en eau salée. Ainsi, l’anguille de rivière européenne fraye dans la mer. Les jeunes anguilles migrent vers les rivières et grandissent en eau douce. Pour frayer, les poissons adultes migrent à nouveau vers la mer. Au contraire, les saumons et les saumons frayent en eau douce et grandissent dans la mer. De la même manière, certains crabes remontent les rivières loin à l’intérieur du continent, mais leurs larves ne se développent et n’atteignent leur maturité sexuelle qu’en mer. Cela est dû à l’histoire du développement des espèces. Ainsi, l'anguille a des espèces apparentées - des poissons purement marins, et les espèces proches du saumon et du saumon sont d'eau douce. Ainsi, les espèces migratrices dans leur ontogenèse répètent la phylogénie des familles de poissons correspondantes. Les réservoirs très riches en sels sont généralement impropres à l'habitation animale. Le crustacé Artemia, certaines espèces d'algues bleu-vert, les flagellés et les bactéries se sont adaptés pour exister dans de telles conditions. L'acidité et l'alcalinité de l'habitat (pH) du sol et de l'eau ont un effet profond sur les organismes. Des concentrations élevées d'ions H + ou OH - (à un pH inférieur à 3 ou supérieur à 9, respectivement) sont toxiques.

Dans les sols très acides ou alcalins, les cellules des racines des plantes sont endommagées. De plus, à un pH inférieur à 4,0, les sols contiennent de nombreux ions aluminium, qui ont également un effet toxique sur les plantes. Dans ces conditions, les ions fer et manganèse, absolument nécessaires en petites quantités aux plantes, atteignent des concentrations toxiques. Dans les sols alcalins, le phénomène inverse est observé : un manque d'éléments chimiques nécessaires. À des valeurs de pH élevées, le fer, le manganèse, les phosphates et un certain nombre de microéléments sont liés dans des composés peu solubles et sont inaccessibles aux plantes.

Dans les rivières, les étangs et les lacs, à mesure que l’acidité de l’eau augmente, la diversité des espèces diminue. L'augmentation de l'acidité affecte les animaux de plusieurs manières : en perturbant le processus d'osmorégulation, le travail des enzymes et les échanges gazeux à travers les surfaces respiratoires ; augmenter la concentration d'éléments toxiques, notamment l'aluminium ; réduire la qualité et la variété des aliments. Par exemple, à faible pH, le développement fongique est inhibé et la végétation aquatique est moins diversifiée, voire totalement absente.

La pollution atmosphérique industrielle (dioxyde de soufre, oxydes d'azote) entraîne des pluies acides dont le pH atteint 3,7-3,3. De telles pluies provoquent le dessèchement des forêts et la disparition des poissons des plans d’eau.

Oxygène. L'oxygène est nécessaire au fonctionnement de la plupart des organismes vivants. L'air contient en moyenne 21 % d'oxygène (en volume), l'eau n'en contient pas plus de 1 %. Avec l’augmentation de l’altitude au-dessus du niveau de la mer, la teneur en oxygène de l’air diminue parallèlement à la diminution de la pression atmosphérique. En haute montagne, la teneur en oxygène de l’air constitue une limite à la répartition de nombreuses espèces animales.

Au cours des dernières décennies, la consommation industrielle d’oxygène a fortement augmenté et les émissions de dioxyde de carbone dans l’atmosphère ont augmenté. Par exemple, la combustion de 100 litres d’essence consomme suffisamment d’oxygène pour respirer une personne pendant un an. Dans le même temps, dans les centres industriels, la teneur en CO 2 dans l'atmosphère les jours sans vent peut être des dizaines de fois supérieure à la norme habituelle (0,03 % en volume). La source de reconstitution de l'oxygène dans l'atmosphère est principalement constituée par les forêts. Un hectare de pinède produit environ 30 tonnes d'oxygène par an, soit la quantité nécessaire à la respiration de 19 personnes tout au long de l'année. Un hectare de forêt de feuillus produit environ 16 tonnes par an, et un hectare de terre agricole produit de 3 à 10 tonnes par an. Il en ressort clairement que la déforestation, ainsi que l'augmentation des émissions de CO 2 dans l'atmosphère, peuvent sérieusement modifier la proportion de ces gaz et affecter la faune de la planète.

La satisfaction des besoins en oxygène des animaux vivant dans l'eau s'effectue de différentes manières : certains créent un flux constant d'eau sur leurs surfaces respiratoires (par exemple, par les mouvements des branchies des poissons), d'autres ont un très grand (par rapport à volume) surface du corps ou excroissances diverses (nombreux crustacés aquatiques), d'autres remontent souvent à la surface pour respirer (baleines, dauphins, tortues, tritons).

Les besoins en oxygène des racines des plantes ne sont que partiellement satisfaits par le sol. Une partie de l’oxygène se diffuse vers les racines depuis les pousses. Les plantes vivant dans des sols pauvres en oxygène (marécages tropicaux) forment des racines respiratoires. Ils s'élèvent verticalement vers le haut, il y a des trous à leur surface à travers lesquels l'air pénètre dans les racines, puis dans les parties de la plante immergées dans un sol marécageux.

Le champ magnétique terrestre. Le champ magnétique terrestre est un facteur environnemental important, sous l'influence duquel l'évolution s'est produite et qui a un impact constant sur les organismes vivants. L'intensité du champ magnétique augmente avec la latitude. Lorsque l’intensité des flux de particules venant du Soleil (« vent solaire ») change, des perturbations à court terme se produisent dans le champ magnétique terrestre – des « tempêtes magnétiques ».

La force du champ magnétique terrestre ne reste pas constante tout au long de la journée. De fortes fluctuations de la force du champ géomagnétique perturbent le fonctionnement des systèmes nerveux et cardiovasculaire chez l'homme. Dans quelle mesure le champ géomagnétique affecte les plantes, le taux de croissance des plantes dépend de l’orientation de la graine par rapport aux lignes de force magnétiques.

Les facteurs abiotiques sont des facteurs de nature inanimée qui agissent directement ou indirectement sur un organisme - la lumière, la température, l'humidité, la composition chimique de l'air, de l'eau et du sol, etc. (c'est-à-dire les propriétés de l'environnement, dont l'apparition et l'impact ne dépend pas directement des activités des organismes vivants).

La lumière (rayonnement solaire) est un facteur environnemental caractérisé par l'intensité et la qualité de l'énergie rayonnante du Soleil, qui est utilisée par les plantes vertes photosynthétiques pour créer de la biomasse végétale. La lumière du soleil atteignant la surface de la Terre est la principale source d'énergie pour maintenir l'équilibre thermique de la planète, le métabolisme de l'eau des organismes, la création et la transformation de la matière organique par l'élément autotrophe de la biosphère, ce qui permet à terme de former un environnement capable de satisfaire les besoins vitaux

organismes.

La température est l'un des facteurs abiotiques les plus importants, dont dépendent en grande partie l'existence, le développement et la répartition des organismes sur Terre [show]. L'importance de la température réside principalement dans son influence directe sur la vitesse et la nature des réactions métaboliques des organismes. Étant donné que les fluctuations de température quotidiennes et saisonnières augmentent avec l'éloignement de l'équateur, les plantes et les animaux, s'y adaptant, présentent des besoins de chaleur différents.

L'humidité est un facteur environnemental caractérisé par la teneur en eau de l'air, du sol et des organismes vivants. Dans la nature, il existe un rythme quotidien d'humidité : elle augmente la nuit et diminue le jour. Avec la température et la lumière, l’humidité joue un rôle important dans la régulation de l’activité des organismes vivants. La source d’eau pour les plantes et les animaux provient principalement des précipitations et des eaux souterraines, ainsi que de la rosée et du brouillard.

Dans la partie abiotique de l'environnement (dans la nature inanimée), tous les facteurs peuvent être principalement divisés en facteurs physiques et chimiques. Cependant, pour comprendre l'essence des phénomènes et processus considérés, il convient de représenter les facteurs abiotiques comme un ensemble de facteurs climatiques, topographiques, cosmiques, ainsi que des caractéristiques de la composition du milieu (aquatique, terrestre ou sol).

Les principaux facteurs climatiques comprennent l’énergie solaire, la température, les précipitations et l’humidité, la mobilité environnementale, la pression et les rayonnements ionisants.

Facteurs environnementaux - propriétés de l’environnement qui ont un effet sur le corps. Les éléments indifférents de l'environnement, par exemple les gaz inertes, ne sont pas des facteurs environnementaux.

Les facteurs environnementaux présentent une variabilité significative dans le temps et dans l’espace. Par exemple, la température varie considérablement à la surface des terres, mais est presque constante au fond de l’océan ou au fond des grottes.

Classifications des facteurs environnementaux

Par la nature de l'impact

Action directe – affectant directement le corps, principalement sur le métabolisme

Agir indirectement - influencer indirectement, par le biais de changements dans les facteurs agissant directement (relief, exposition, altitude, etc.)

Par origine

Abiotique - facteurs de nature inanimée :

climatique : somme annuelle des températures, température moyenne annuelle, humidité, pression atmosphérique

édaphique (édaphogénique) : composition mécanique du sol, perméabilité à l'air du sol, acidité du sol, composition chimique du sol

orographique : relief, hauteur au-dessus du niveau de la mer, inclinaison et aspect de la pente

chimique : composition gazeuse de l'air, composition saline de l'eau, concentration, acidité

physique : bruit, champs magnétiques, conductivité thermique et capacité thermique, radioactivité, intensité du rayonnement solaire

Biotique - lié à l'activité des organismes vivants :

phytogénique - influence des plantes

mycogène - influence des champignons

zoogène - influence des animaux

microbiogène - influence des micro-organismes

Anthropique (anthropique):

physique : utilisation de l’énergie nucléaire, déplacements en train et en avion, influence du bruit et des vibrations

chimique : utilisation d’engrais minéraux et de pesticides, pollution des coquilles terrestres par les déchets industriels et des transports

biologique : nourriture ; organismes pour lesquels les humains peuvent être un habitat ou une source de nourriture

social - lié aux relations entre les personnes et à la vie en société

En dépensant

Ressources - éléments de l'environnement que le corps consomme, réduisant ainsi leur apport dans l'environnement (eau, CO2, O2, lumière)

Conditions - éléments environnementaux non consommés par le corps (température, mouvement de l'air, acidité du sol)

Par direction

Vectorisé - facteurs changeant de direction : engorgement, salinisation du sol

Pérenne-cyclique - avec une alternance de périodes pluriannuelles de renforcement et d'affaiblissement d'un facteur, par exemple le changement climatique en relation avec le cycle solaire de 11 ans

Oscillatoire (impulsion, fluctuation) - fluctuations dans les deux sens à partir d'une certaine valeur moyenne (fluctuations quotidiennes de la température de l'air, modifications des précipitations mensuelles moyennes tout au long de l'année)

Règle optimale

Conformément à cette règle, pour un écosystème, un organisme ou un certain stade de son développement, il existe une plage de valeurs de facteur les plus favorables (optimales). En dehors de la zone optimale, il existe des zones d’oppression qui se transforment en points critiques au-delà desquels l’existence est impossible. La densité de population maximale est généralement confinée à la zone optimale. Les zones optimales pour différents organismes ne sont pas les mêmes. Pour certains, ils ont une autonomie importante. Ces organismes appartiennent au groupe des eurybiontes. Les organismes ayant une gamme étroite d'adaptation aux facteurs sont appelés sténobiontes.

La plage de valeurs des facteurs (entre les points critiques) est appelée valence environnementale. Un synonyme du terme valence est tolérance, ou plasticité (variabilité). Ces caractéristiques dépendent en grande partie de l'environnement dans lequel vivent les organismes. S'il est relativement stable dans ses propriétés (les amplitudes de fluctuations des facteurs individuels sont faibles), il contient plus de sténo-biontes (par exemple, en milieu aquatique) ; s'il est dynamique, par exemple sol-air, les eurybiontes ont une plus grande chance de survie. La zone optimale et la valence écologique sont généralement plus larges chez les organismes à sang chaud que chez ceux à sang froid. Il convient également de garder à l'esprit que la valence écologique d'une même espèce ne reste pas la même dans des conditions différentes (par exemple, dans les régions du nord et du sud à certaines périodes de la vie, etc.). En règle générale, les organismes jeunes et séniles nécessitent des conditions plus conditionnées (homogènes). Ces exigences sont parfois assez ambiguës. Par exemple, en ce qui concerne la température, les larves d'insectes sont généralement sténobiontes (sténothermiques), tandis que les pupes et les adultes peuvent être eurybiontes (eurythermiques).

Informations connexes.

Il s'agit de facteurs de nature inanimée qui affectent directement ou indirectement le corps - la lumière, la température, l'humidité, la composition chimique de l'air, de l'eau et du sol, etc. dépendent directement de l'activité des organismes vivants).

Lumière

(rayonnement solaire) est un facteur environnemental caractérisé par l'intensité et la qualité de l'énergie rayonnante du Soleil, qui est utilisée par les plantes vertes photosynthétiques pour créer de la biomasse végétale. La lumière du soleil atteignant la surface de la Terre est la principale source d'énergie pour maintenir l'équilibre thermique de la planète, le métabolisme de l'eau des organismes, la création et la transformation de la matière organique par l'élément autotrophe de la biosphère, ce qui permet à terme de former un environnement capable de satisfaire les besoins vitaux des organismes.

L'effet biologique de la lumière solaire est déterminé par sa composition spectrale [montrer] ,

La composition spectrale de la lumière solaire est divisée en

• rayons infrarouges (longueur d'onde supérieure à 0,75 microns)
• rayons visibles (0,40-0,75 µm) et
• rayons ultraviolets (moins de 0,40 microns)

Différentes parties du spectre solaire ont des effets biologiques inégaux.

Infrarouge Les rayons , ou thermiques, transportent la majeure partie de l’énergie thermique. Ils représentent environ 49 % de l’énergie rayonnante perçue par les organismes vivants. Le rayonnement thermique est bien absorbé par l'eau, dont la quantité dans les organismes est assez importante. Cela entraîne un échauffement de tout le corps, ce qui est particulièrement important pour les animaux à sang froid (insectes, reptiles, etc.). Chez les plantes, la fonction la plus importante des rayons infrarouges est d'effectuer la transpiration, à travers laquelle l'excès de chaleur est éliminé des feuilles par la vapeur d'eau, ainsi que de créer des conditions optimales pour l'entrée du dioxyde de carbone par les stomates.

Spectre visible représentent environ 50 % de l’énergie rayonnante atteignant la Terre. Cette énergie est nécessaire aux plantes pour la photosynthèse. Cependant, seulement 1 % de cette quantité est utilisée à cet effet, le reste étant réfléchi ou dissipé sous forme de chaleur. Cette partie du spectre a conduit à l’apparition de nombreuses adaptations importantes chez les organismes végétaux et animaux. Dans les plantes vertes, en plus de la formation d'un complexe pigmentaire absorbant la lumière, à l'aide duquel le processus de photosynthèse est effectué, des couleurs vives de fleurs sont apparues, ce qui contribue à attirer les pollinisateurs.

Chez les animaux, la lumière joue principalement un rôle informatif et participe à la régulation de nombreux processus physiologiques et biochimiques. Déjà les plus simples ont des organites photosensibles (l'ocelle sensible à la lumière dans l'euglène verte), et la réaction à la lumière s'exprime sous forme de phototaxie - mouvement vers l'éclairage le plus élevé ou le plus bas. À commencer par les coelentérés, presque tous les animaux développent des organes sensibles à la lumière de structures diverses. Il existe des animaux nocturnes et crépusculaires (hiboux, chauves-souris, etc.), ainsi que des animaux qui vivent dans l'obscurité constante (grillons-taupes, vers ronds, taupes, etc.).

Partie ultraviolette caractérisé par l'énergie quantique la plus élevée et une activité photochimique élevée. À l'aide de rayons ultraviolets d'une longueur d'onde de 0,29 à 0,40 microns, la biosynthèse de la vitamine D, des pigments rétiniens et de la peau est réalisée dans le corps des animaux. Ces rayons sont mieux perçus par les organes visuels de nombreux insectes ; chez les plantes, ils ont un effet formateur et contribuent à la synthèse de certains composés biologiquement actifs (vitamines, pigments). Les rayons d'une longueur d'onde inférieure à 0,29 micron ont un effet néfaste sur les êtres vivants.

Intensité [montrer] ,

Les plantes, dont l'activité vitale dépend entièrement de la lumière, développent diverses adaptations morphostructurales et fonctionnelles au régime lumineux de leurs habitats. En fonction de leurs exigences en matière de conditions d'éclairage, les plantes sont divisées dans les groupes environnementaux suivants :

1. Plantes qui aiment la lumière (héliophytes) habitats ouverts, ne poussant avec succès que dans des conditions de plein soleil. Ils se caractérisent par une photosynthèse de forte intensité. Il s'agit de plantes de début de printemps des steppes et semi-déserts (oignons d'oie, tulipes), de plantes de pentes sans arbres (sauge, menthe, thym), de céréales, de plantain, de nénuphar, d'acacia, etc.
2. Plantes tolérantes à l'ombre caractérisé par une grande amplitude écologique au facteur lumineux. Ils poussent mieux dans des conditions de forte luminosité, mais sont capables de s'adapter à différents niveaux d'ombre. Il s’agit de plantes ligneuses (bouleau, chêne, pin) et herbacées (fraise des bois, violette, millepertuis…).
3. Plantes qui aiment l'ombre (sciophytes) Ils ne tolèrent pas un éclairage fort, ils poussent uniquement dans les zones ombragées (sous le couvert forestier) et ne poussent jamais dans les zones ouvertes. Dans les clairières fortement éclairées, leur croissance ralentit et parfois ils meurent. Ces plantes comprennent les graminées forestières - fougères, mousses, oseille des bois, etc. L'adaptation à l'ombrage est généralement combinée à la nécessité d'un bon approvisionnement en eau.

Fréquence journalière et saisonnière [montrer] .

La périodicité quotidienne détermine les processus de croissance et de développement des plantes et des animaux, qui dépendent de la durée du jour.

Le facteur qui régule et contrôle le rythme de la vie quotidienne des organismes est appelé photopériodisme. C'est le facteur de signalisation le plus important permettant aux plantes et aux animaux de « mesurer le temps » - le rapport entre la durée de la période d'éclairage et l'obscurité pendant la journée, et de déterminer les paramètres quantitatifs de l'éclairage. En d'autres termes, le photopériodisme est la réaction des organismes au changement de jour et de nuit, qui se manifeste par des fluctuations de l'intensité des processus physiologiques - croissance et développement. C'est la durée du jour et de la nuit qui change très précisément et naturellement tout au long de l'année, quels que soient les facteurs aléatoires, se répétant invariablement d'année en année, donc les organismes en cours d'évolution ont coordonné toutes les étapes de leur développement au rythme de ces intervalles de temps. .

Dans la zone tempérée, la propriété du photopériodisme sert de facteur climatique fonctionnel qui détermine le cycle de vie de la plupart des espèces. Chez les plantes, l'effet photopériodique se manifeste par la coordination de la période de floraison et de maturation des fruits avec la période de photosynthèse la plus active, chez les animaux - par la coïncidence du moment de la reproduction avec la période d'abondance de nourriture, chez les insectes - dans le début de la diapause et en sortir.

Les phénomènes biologiques provoqués par le photopériodisme comprennent également les migrations saisonnières (vols) des oiseaux, la manifestation de leurs instincts de nidification et de reproduction, le changement de fourrure chez les mammifères, etc.

Selon la durée requise de la photopériode, les plantes sont divisées en

• les plantes de jours longs, qui nécessitent plus de 12 heures de lumière pour une croissance et un développement normaux (lin, oignons, carottes, avoine, jusquiame, dope, jeunes, pommes de terre, belladone, etc.) ;
• plantes de jours courts - elles ont besoin d'au moins 12 heures d'obscurité continue pour fleurir (dahlias, choux, chrysanthèmes, amarante, tabac, maïs, tomates, etc.) ;
• les plantes neutres dans lesquelles le développement des organes génitaux se produit aussi bien avec des jours longs que courts (soucis, raisins, phlox, lilas, sarrasin, pois, renouée, etc.)

Les plantes à jours longs proviennent principalement des latitudes septentrionales, tandis que les plantes à jours courts proviennent des latitudes méridionales. Dans la zone tropicale, où la durée du jour et de la nuit varie peu au cours de l'année, la photopériode ne peut pas servir de facteur déterminant pour la périodicité des processus biologiques. Elle est remplacée par une alternance de saisons sèches et humides. Les espèces de jours longs parviennent à produire une récolte même pendant le court été nordique. La formation d'une grande masse de substances organiques se produit en été pendant des heures de clarté assez longues, qui peuvent atteindre 17 heures à la latitude de Moscou et plus de 20 heures par jour à la latitude d'Arkhangelsk.

La durée du jour affecte également de manière significative le comportement des animaux. Avec l'arrivée des jours de printemps, dont la durée augmente progressivement, les oiseaux développent des instincts de nidification, reviennent des régions chaudes (même si la température de l'air peut encore être défavorable) et commencent à pondre ; Les animaux à sang chaud muent.

La réduction de la durée du jour en automne provoque des phénomènes saisonniers opposés : les oiseaux s'envolent, certains animaux hibernent, d'autres développent une fourrure dense et des stades hivernants d'insectes se forment (malgré une température encore favorable et une abondance de nourriture). Dans ce cas, une diminution de la durée du jour signale aux organismes vivants le début imminent de la période hivernale et ils peuvent s'y préparer à l'avance.

Chez les animaux, en particulier les arthropodes, la croissance et le développement dépendent également de la durée du jour. Par exemple, les blancs du chou et les papillons du bouleau ne se développent normalement qu'avec de longues heures de clarté, tandis que les vers à soie, divers types de criquets et les papillons de nuit ne se développent normalement qu'avec de courtes heures de clarté. Le photopériodisme affecte également le moment du début et de la fin de la saison des amours chez les oiseaux, les mammifères et d'autres animaux ; sur la reproduction, le développement embryonnaire des amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères ;

Les changements saisonniers et quotidiens de l'éclairage sont les horloges les plus précises, dont le déroulement est clairement régulier et est resté pratiquement inchangé au cours de la dernière période d'évolution.

Grâce à cela, il est devenu possible de réguler artificiellement le développement des animaux et des plantes. Par exemple, fournir aux plantes des serres, des serres ou des serres 12 à 15 heures de lumière du jour leur permet de cultiver des légumes et des plantes ornementales même en hiver, et d'accélérer la croissance et le développement des semis. À l’inverse, l’ombrage des plantes en été accélère l’apparition des fleurs ou des graines des plantes à floraison tardive d’automne.

En prolongeant la journée grâce à l'éclairage artificiel en hiver, vous pouvez augmenter la période de ponte des poules, des oies et des canards et réguler la reproduction des animaux à fourrure dans les fermes à fourrure. Le facteur lumière joue également un rôle important dans d’autres processus vitaux des animaux. Tout d'abord, c'est une condition nécessaire à la vision, leur orientation visuelle dans l'espace résultant de la perception par les organes de vision des rayons lumineux directs, diffusés ou réfléchis des objets environnants. La lumière polarisée, la capacité de distinguer les couleurs, de naviguer à l'aide de sources de lumière astronomiques, les migrations automnales et printanières des oiseaux et les capacités de navigation des autres animaux sont très instructives pour la plupart des animaux.

Basés sur le photopériodisme, les plantes et les animaux en cours d'évolution ont développé des cycles annuels spécifiques de périodes de croissance, de reproduction et de préparation à l'hiver, appelés rythmes annuels ou saisonniers. Ces rythmes se manifestent par des changements dans l'intensité de la nature des processus biologiques et se répètent à intervalles annuels. La coïncidence des périodes du cycle de vie avec la période correspondante de l'année est d'une grande importance pour l'existence de l'espèce. Les rythmes saisonniers offrent aux plantes et aux animaux les conditions les plus favorables à leur croissance et à leur développement.

De plus, les processus physiologiques des plantes et des animaux dépendent strictement du rythme quotidien, qui s'exprime par certains rythmes biologiques. Par conséquent, les rythmes biologiques répètent périodiquement des changements dans l'intensité et la nature des processus et phénomènes biologiques. Chez les plantes, les rythmes biologiques se manifestent par le mouvement quotidien des feuilles, des pétales, des modifications de la photosynthèse, chez les animaux - par des fluctuations de température, des modifications de la sécrétion d'hormones, du taux de division cellulaire, etc. Chez l'homme, des fluctuations quotidiennes de la fréquence respiratoire , pouls, tension artérielle, éveil et sommeil, etc. Les rythmes biologiques sont des réactions héréditairement fixées, la connaissance de leurs mécanismes est donc importante pour organiser le travail et le repos humain.

Température

L'un des facteurs abiotiques les plus importants dont dépendent en grande partie l'existence, le développement et la répartition des organismes sur Terre. [montrer] .

La limite supérieure de température de la vie sur Terre se situe probablement entre 50 et 60°C. À de telles températures, une perte d'activité enzymatique et une coagulation des protéines se produisent. Cependant, la plage générale de température de la vie active sur la planète est beaucoup plus large et est limitée aux limites suivantes (tableau 1)

Tableau 1. Plage de température de la vie active sur la planète, °C

Parmi les organismes qui peuvent exister à des températures très élevées, on connaît les algues thermophiles, qui peuvent vivre dans des sources chaudes à 70-80°C. Les lichens cruciformes, les graines et les organes végétatifs des plantes du désert (saxaul, épine de chameau, tulipes) situés dans la couche supérieure du sol chaud tolèrent avec succès des températures très élevées (65-80°C).

Il existe de nombreuses espèces d’animaux et de plantes capables de résister à des températures inférieures à zéro. Les arbres et arbustes de Yakoutie ne gèlent pas à moins 68°C. Les pingouins vivent en Antarctique à moins 70°C, et les ours polaires, les renards arctiques et les chouettes polaires vivent dans l'Arctique. Les eaux polaires avec des températures de 0 à -2°C sont habitées par une flore et une faune variées - microalgues, invertébrés, poissons, dont le cycle de vie se déroule constamment dans de telles conditions de température.

L'importance de la température réside principalement dans son influence directe sur la vitesse et la nature des réactions métaboliques des organismes. Étant donné que les fluctuations de température quotidiennes et saisonnières augmentent avec l'éloignement de l'équateur, les plantes et les animaux, s'y adaptant, présentent des besoins de chaleur différents.

Méthodes d'adaptation

• La migration est une réinstallation vers des conditions plus favorables. Les baleines, de nombreuses espèces d'oiseaux, de poissons, d'insectes et d'autres animaux migrent régulièrement tout au long de l'année.
• L'engourdissement est un état d'immobilité totale, une forte diminution de l'activité vitale et un arrêt de la nutrition. On l'observe chez les insectes, les poissons, les amphibiens et les mammifères lorsque la température ambiante diminue en automne, en hiver (hibernation) ou lorsqu'elle augmente en été dans les déserts (hibernation estivale).
• L'anabiose est un état de forte inhibition des processus vitaux, lorsque les manifestations visibles de la vie cessent temporairement. Ce phénomène est réversible. On l'observe chez les microbes, les plantes et les animaux inférieurs. Les graines de certaines plantes peuvent rester en animation suspendue jusqu'à 50 ans. Les microbes en état d'animation suspendue forment des spores, les protozoaires forment des kystes.

De nombreuses plantes et animaux, avec une préparation appropriée, tolèrent avec succès des températures extrêmement basses dans un état de dormance profonde ou d'animation suspendue. Dans les expériences en laboratoire, les graines, le pollen, les spores de plantes, les nématodes, les rotifères, les kystes de protozoaires et autres organismes, les spermatozoïdes après déshydratation ou placement dans des solutions de substances protectrices spéciales - cryoprotecteurs - tolèrent des températures proches du zéro absolu.

Actuellement, des progrès ont été réalisés dans l'utilisation pratique de substances aux propriétés cryoprotectrices (glycérine, oxyde de polyéthylène, diméthylsulfoxyde, saccharose, mannitol, etc.) en biologie, agriculture et médecine. Les solutions cryoprotectrices permettent le stockage à long terme du sang en conserve, du sperme pour l'insémination artificielle des animaux de ferme et de certains organes et tissus destinés à la transplantation ; protection des plantes contre les gelées hivernales, les gelées printanières précoces, etc. Ces problèmes relèvent de la compétence de la cryobiologie et de la cryomédecine et sont résolus par de nombreuses institutions scientifiques.

• Thermorégulation. Au cours de leur évolution, les plantes et les animaux ont développé divers mécanismes de thermorégulation :

1. dans les plantes
   • physiologique - l'accumulation de sucre dans les cellules, grâce à laquelle la concentration de sève cellulaire augmente et la teneur en eau des cellules diminue, ce qui contribue à la résistance au gel des plantes. Par exemple, chez le bouleau nain et le genévrier, les branches supérieures meurent à des températures trop basses, tandis que les branches rampantes hivernent sous la neige et ne meurent pas.
   • physique
     1. transpiration stomatique - éliminant l'excès de chaleur et évitant les brûlures en éliminant l'eau (évaporation) du corps de la plante
     2. morphologique - visant à éviter l'échauffement : pubescence épaisse des feuilles pour disperser les rayons du soleil, surface brillante pour les réfléchir, réduisant la surface absorbant les rayons - enrouler le limbe de la feuille en tube (herbe à plumes, fétuque), placer la feuille par la tranche sur les rayons du soleil (eucalyptus), réduisant le feuillage (saxaul, cactus) ; visant à prévenir le gel : formes particulières de croissance - nanisme, formation de formes rampantes (hivernage sous la neige), coloration foncée (aide à mieux absorber les rayons thermiques et à se réchauffer sous la neige)
2. chez les animaux
   • à sang froid (poïkilothermique, ectothermique) [invertébrés, poissons, amphibiens et reptiles] - la régulation de la température corporelle s'effectue passivement en augmentant le travail musculaire, la structure et la couleur du tégument, en trouvant des endroits où une absorption intense de la lumière solaire est possible, etc. ., etc. ils ne peuvent pas maintenir le régime de température des processus métaboliques et leur activité dépend principalement de la chaleur provenant de l'extérieur et de la température corporelle - des valeurs de la température ambiante et du bilan énergétique (le rapport d'absorption et de libération de l'énergie radiante).
   • à sang chaud (homéothermique, endothermique) [oiseaux et mammifères] - capable de maintenir une température corporelle constante quelle que soit la température de l'environnement. Cette propriété permet à de nombreuses espèces animales de vivre et de se reproduire à des températures inférieures à zéro (renne, ours polaire, pinnipèdes, manchots). Au cours de leur évolution, ils ont développé deux mécanismes de thermorégulation, à l'aide desquels ils maintiennent une température corporelle constante : chimique et physique. [montrer] .
     • Le mécanisme chimique de thermorégulation est assuré par la vitesse et l'intensité des réactions redox et est contrôlé par réflexe par le système nerveux central. Des aromorphoses telles que l'apparition d'un cœur à quatre chambres et l'amélioration du système respiratoire chez les oiseaux et les mammifères ont joué un rôle important dans l'augmentation de l'efficacité du mécanisme chimique de thermorégulation.
     • Le mécanisme physique de thermorégulation est assuré par l'apparition de couvertures calorifuges (plumes, fourrure, graisse sous-cutanée), de glandes sudoripares, d'organes respiratoires, ainsi que par le développement de mécanismes nerveux de régulation de la circulation sanguine.

     Un cas particulier de l'homéothermie est l'hétérothermie - différents niveaux de température corporelle en fonction de l'activité fonctionnelle du corps. L'hétérothermie est caractéristique des animaux qui tombent en hibernation ou en torpeur temporaire pendant les périodes défavorables de l'année. Dans le même temps, leur température corporelle élevée est sensiblement réduite en raison du métabolisme lent (gaufres, hérissons, chauves-souris, poussins rapides, etc.).

Limites d'endurance les grandes valeurs du facteur de température sont différentes chez les organismes poïkilothermes et homéothermes.

Les espèces eurythermiques sont capables de tolérer des fluctuations de température sur une large plage.

Les organismes sténothermiques vivent dans des conditions de limites de température étroites, étant divisés en espèces sténothermiques aimant la chaleur (orchidées, théier, café, coraux, méduses, etc.) et celles qui aiment le froid (cèdre elfique, végétation préglaciaire et toundra, poissons des bassins polaires, des animaux abyssaux - les zones de plus grandes profondeurs océaniques, etc.).

Pour chaque organisme ou groupe d'individus, il existe une zone de température optimale au sein de laquelle l'activité s'exprime particulièrement bien. Au-dessus de cette zone se trouve une zone de torpeur thermique temporaire, et encore plus haut se trouve une zone d'inactivité prolongée ou d'hibernation estivale, limitrophe d'une zone de température mortelle élevée. Lorsque cette dernière descend en dessous de l’optimum, on apparaît une zone de torpeur froide, d’hibernation et de basse température mortelle.

La répartition des individus dans la population, en fonction de l'évolution du facteur température sur l'ensemble du territoire, obéit généralement au même schéma. La zone de température optimale correspond à la densité de population la plus élevée, et de part et d'autre de celle-ci, la densité diminue jusqu'à la limite de la plage, là où elle est la plus faible.

Le facteur de température sur une vaste zone de la Terre est soumis à des fluctuations quotidiennes et saisonnières prononcées, qui à leur tour déterminent le rythme correspondant des phénomènes biologiques dans la nature. En fonction de l'apport d'énergie thermique dans des zones symétriques des deux hémisphères du globe, à partir de l'équateur, on distingue les zones climatiques suivantes :

1. zone tropicale. La température annuelle moyenne minimale dépasse 16°C, les jours les plus frais elle ne descend pas en dessous de 0°C. Les fluctuations de température dans le temps sont insignifiantes, l'amplitude ne dépasse pas 5°C. La végétation est présente toute l'année.
2. Zone subtropicale. La température moyenne du mois le plus froid n'est pas inférieure à 4°C et celle du mois le plus chaud est supérieure à 20°C. Les températures inférieures à zéro sont rares. Il n'y a pas de couverture neigeuse stable en hiver. La saison de croissance dure 9 à 11 mois.
3. Zone tempérée. La saison de croissance estivale et la période de dormance hivernale des plantes sont bien définies. Dans la partie principale de la zone, la couverture neigeuse est stable. Les gelées sont typiques au printemps et en automne. Parfois, cette zone est divisée en deux : moyennement chaude et moyennement froide, caractérisées par quatre saisons.
4. Zone froide. La température annuelle moyenne est inférieure à O°C, des gelées sont possibles même pendant une courte saison de croissance (2-3 mois). La fluctuation annuelle de la température est très importante.

Le modèle de répartition verticale de la végétation, des sols et de la faune dans les zones montagneuses est également principalement déterminé par le facteur température. Dans les montagnes du Caucase, de l'Inde et de l'Afrique, on distingue quatre ou cinq ceintures végétales dont l'ordre de bas en haut correspond à l'ordre des zones latitudinales de l'équateur au pôle à la même altitude.

Humidité

Facteur environnemental caractérisé par la teneur en eau de l'air, du sol et des organismes vivants. Dans la nature, il existe un rythme quotidien d'humidité : elle augmente la nuit et diminue le jour. Avec la température et la lumière, l’humidité joue un rôle important dans la régulation de l’activité des organismes vivants. La source d’eau pour les plantes et les animaux provient principalement des précipitations et des eaux souterraines, ainsi que de la rosée et du brouillard.

L'humidité est une condition nécessaire à l'existence de tous les organismes vivants sur Terre. La vie est originaire du milieu aquatique. Les habitants de la terre dépendent toujours de l’eau. Pour de nombreuses espèces animales et végétales, l’eau continue d’être un habitat. L'importance de l'eau dans les processus vitaux est déterminée par le fait qu'elle constitue le principal environnement de la cellule où se déroulent les processus métaboliques et constitue le produit initial, intermédiaire et final le plus important des transformations biochimiques. L'importance de l'eau est également déterminée par son contenu quantitatif. Les organismes vivants sont constitués d'au moins 3/4 d'eau.

Par rapport à l'eau, les plantes supérieures sont divisées en

• hydrophytes - plantes aquatiques (nénuphar, pointe de flèche, lentilles d'eau);
• hygrophytes - habitants d'endroits excessivement humides (calamus, montre);
• mésophytes - plantes aux conditions d'humidité normales (muguet, valériane, lupin);
• xérophytes - plantes vivant dans des conditions de déficit hydrique constant ou saisonnier (saxaul, épine de chameau, éphédra) et leurs variétés - plantes succulentes (cactus, euphorbes).

Adaptations à la vie dans des environnements déshydratés et des environnements avec un manque périodique d'humidité Une caractéristique importante des principaux facteurs climatiques (lumière, température, humidité) est leur variabilité naturelle au cours du cycle annuel et même journalier, ainsi qu'en fonction de la zonation géographique. À cet égard, les adaptations des organismes vivants ont également un caractère régulier et saisonnier. L'adaptation des organismes aux conditions environnementales peut être rapide et réversible ou assez lente, selon la profondeur de l'exposition au facteur. Grâce à leur activité vitale, les organismes sont capables de modifier les conditions de vie abiotiques. Par exemple, les plantes du niveau inférieur se retrouvent dans des conditions de moindre luminosité ; les processus de décomposition des substances organiques qui se produisent dans les plans d'eau provoquent souvent un manque d'oxygène pour d'autres organismes. En raison de l'activité des organismes aquatiques, les régimes de température et d'eau, la quantité d'oxygène, de dioxyde de carbone, le pH de l'environnement, la composition spectrale de la lumière, etc. Environnement aérien et sa composition gazeuse Le développement de l’environnement aérien par les organismes a commencé après leur arrivée sur terre. La vie dans les airs nécessitait des adaptations spécifiques et un haut niveau d’organisation des plantes et des animaux. La faible densité et la teneur en eau, la teneur élevée en oxygène, la facilité de mouvement des masses d'air, les changements brusques de température, etc. ont affecté de manière significative le processus respiratoire, l'échange d'eau et le mouvement des êtres vivants. La grande majorité des animaux terrestres ont acquis la capacité de voler au cours de l'évolution (75 % de toutes les espèces d'animaux terrestres). De nombreuses espèces sont caractérisées par une ansmochorie - dispersion à l'aide de courants d'air (spores, graines, fruits, kystes de protozoaires, insectes, araignées, etc.). Certaines plantes ont été pollinisées par le vent. Pour le succès de l'existence des organismes, non seulement les propriétés physiques mais aussi chimiques de l'air et la teneur en composants gazeux nécessaires à la vie sont importantes. Oxygène. Pour la grande majorité des organismes vivants, l’oxygène est vital. Dans un environnement sans oxygène, seules les bactéries anaérobies peuvent se développer. L'oxygène assure la mise en œuvre de réactions exothermiques, au cours desquelles l'énergie nécessaire à la vie des organismes est libérée. C'est l'accepteur final d'électrons, qui est séparé de l'atome d'hydrogène lors du processus d'échange d'énergie. Dans un état chimiquement lié, l’oxygène fait partie de nombreux composés organiques et minéraux très importants des organismes vivants. Son rôle en tant qu'agent oxydant dans le cycle des éléments individuels de la biosphère est énorme. Les seuls producteurs d’oxygène libre sur Terre sont les plantes vertes, qui le forment lors de la photosynthèse. Une certaine quantité d'oxygène est formée à la suite de la photolyse de la vapeur d'eau par les rayons ultraviolets en dehors de la couche d'ozone. L'absorption de l'oxygène par les organismes du milieu extérieur se fait sur toute la surface du corps (protozoaires, vers) ou par l'intermédiaire d'organes respiratoires particuliers : trachée (insectes), branchies (poissons), poumons (vertébrés). L'oxygène est chimiquement lié et transporté dans tout le corps par des pigments sanguins spéciaux : hémoglobine (vertébrés), hémocyapine (mollusques, crustacés). Les organismes vivant dans des conditions de manque constant d'oxygène ont développé des adaptations appropriées : augmentation de la capacité en oxygène du sang, mouvements respiratoires plus fréquents et plus profonds, volume pulmonaire important (chez les habitants des montagnes, les oiseaux) ou diminution de l'utilisation de l'oxygène par les tissus en raison de une augmentation de la quantité de myoglobine - un accumulateur d'oxygène dans les tissus (chez les habitants du milieu aquatique). En raison de la forte solubilité du CO 2 et de l'O 2 dans l'eau, leur teneur relative est ici plus élevée (2 à 3 fois) que dans l'air (Fig. 1). Cette circonstance est très importante pour l'hydrobionique, qui utilise soit de l'oxygène dissous pour la respiration, soit du CO 2 pour la photosynthèse (phototrophes aquatiques). Gaz carbonique. La quantité normale de ce gaz dans l'air est faible : 0,03 % (en volume) ou 0,57 mg/l. En conséquence, même de petites fluctuations de la teneur en CO 2 se reflètent de manière significative dans le processus de photosynthèse, qui en dépend directement. Les principales sources de CO 2 entrant dans l'atmosphère sont la respiration des animaux et des plantes, les processus de combustion, les éruptions volcaniques, l'activité des micro-organismes et champignons du sol, les entreprises industrielles et les transports. Ayant la propriété d'absorption dans la région infrarouge du spectre, le dioxyde de carbone affecte les paramètres optiques et le régime de température de l'atmosphère, provoquant le fameux « effet de serre ». Un aspect environnemental important est l’augmentation de la solubilité de l’oxygène et du dioxyde de carbone dans l’eau à mesure que sa température diminue. C'est pourquoi la faune des bassins hydrographiques des latitudes polaires et subpolaires est très abondante et diversifiée, principalement en raison de la concentration accrue d'oxygène dans l'eau froide. La dissolution de l'oxygène dans l'eau, comme tout autre gaz, obéit à la loi de Henry : elle est inversement proportionnelle à la température et s'arrête lorsque le point d'ébullition est atteint. Dans les eaux chaudes des mares tropicales, une concentration réduite en oxygène dissous limite la respiration, et donc l'activité vitale et le nombre d'animaux aquatiques. Récemment, il y a eu une détérioration notable du régime d'oxygène de nombreux réservoirs, causée par une augmentation de la quantité de polluants organiques, dont la destruction nécessite de grandes quantités d'oxygène. Zonage de répartition des organismes vivants Zonage géographique (latitudinal) Dans le sens latitudinal du nord au sud, les zones naturelles suivantes sont successivement localisées sur le territoire de la Fédération de Russie : toundra, taïga, forêt de feuillus, steppe, désert. Parmi les éléments climatiques qui déterminent le zonage de la distribution et de la répartition des organismes, le rôle principal est joué par les facteurs abiotiques - température, humidité, conditions d'éclairage. Les changements zonaux les plus visibles se manifestent dans la nature de la végétation - la principale composante de la biocénose. Ceci, à son tour, s'accompagne de changements dans la composition des animaux - consommateurs et destructeurs de résidus organiques dans les chaînes alimentaires. Toundra- une plaine froide et sans arbres de l'hémisphère nord. Ses conditions climatiques sont peu propices à la croissance des plantes et à la décomposition des résidus organiques (pergélisol, températures relativement basses même en été, courtes périodes de températures supérieures à zéro). Ici, des biocénoses uniques, de petite composition en espèces (mousses, lichens), se sont formées. A cet égard, la productivité de la biocénose de la toundra est faible : 5 à 15 c/ha de matière organique par an. Zone taïga caractérisé par des conditions pédoclimatiques relativement favorables, notamment pour les espèces de conifères. Des biocénoses riches et très productives se sont formées ici. La formation annuelle de matière organique est de 15 à 50 c/ha. Les conditions des zones tempérées ont conduit à la formation de biocénoses complexes forêts de feuillus avec la productivité biologique la plus élevée de la Fédération de Russie (jusqu'à 60 c/ha par an). Les variétés de forêts de feuillus sont les forêts de chênes, les forêts de hêtres et d'érables, les forêts mixtes, etc. Ces forêts se caractérisent par un sous-bois arbustif et herbacé bien développé, ce qui facilite le placement d'une faune de différents types et nombres. Steppes- une zone naturelle de la zone tempérée des hémisphères terrestres, caractérisée par un approvisionnement en eau insuffisant, c'est pourquoi la végétation herbacée, principalement céréalière (herbe à plumes, fétuque, etc.) prédomine ici. La faune est diversifiée et riche (renard, lièvre, hamster, souris, nombreux oiseaux, notamment migrateurs). La zone steppique contient les zones les plus importantes pour la production céréalière, les cultures industrielles, les cultures maraîchères et l'élevage. La productivité biologique de cette zone naturelle est relativement élevée (jusqu'à 50 c/ha par an). Déserts prédominent en Asie centrale. En raison des faibles précipitations et des températures élevées en été, la végétation occupe moins de la moitié du territoire de cette zone et présente des adaptations spécifiques aux conditions sèches. La faune est diversifiée, ses caractéristiques biologiques ont déjà été évoquées. La formation annuelle de matière organique en zone désertique ne dépasse pas 5 c/ha (Fig. 107). Salinité du milieu Salinité du milieu aquatique caractérisé par la teneur en sels solubles. L'eau douce contient 0,5 à 1,0 g/l et l'eau de mer contient 10 à 50 g/l de sels. La salinité du milieu aquatique est importante pour ses habitants. Il existe des animaux adaptés pour vivre uniquement en eau douce (cyprinidés) ou uniquement en eau de mer (harengs). Chez certains poissons, des stades individuels de développement individuel ont lieu à différentes salinités de l'eau. Par exemple, l'anguille commune vit dans des plans d'eau douce et migre vers la mer des Sargasses pour frayer. Ces habitants aquatiques nécessitent une régulation appropriée de l'équilibre salin dans le corps. Mécanismes de régulation de la composition ionique des organismes. Les animaux terrestres sont obligés de réguler la composition en sel de leurs tissus liquides pour maintenir l’environnement interne dans un état ionique chimiquement inchangé constant ou presque constant. Le principal moyen de maintenir l’équilibre salin dans les organismes aquatiques et les plantes terrestres est d’éviter les habitats à salinité inappropriée. De tels mécanismes doivent fonctionner particulièrement intensément et avec précision chez les poissons migrateurs (saumon, saumon kéta, saumon rose, anguille, esturgeon), qui se déplacent périodiquement de l'eau de mer vers l'eau douce ou vice versa. La régulation osmotique se produit plus simplement dans l’eau douce. On sait que dans ces derniers la concentration en ions est bien inférieure à celle des tissus liquides. Selon les lois de l'osmose, l'environnement externe pénètre dans les cellules selon un gradient de concentration à travers des membranes semi-perméables, et une sorte de « dilution » du contenu interne se produit. Si un tel processus n’était pas contrôlé, le corps pourrait enfler et mourir. Cependant, les organismes d’eau douce possèdent des organes qui éliminent l’excès d’eau. La préservation des ions nécessaires à la vie est facilitée par le fait que l'urine de ces organismes est assez diluée (Fig. 2, a). La séparation d'une telle solution diluée des fluides internes nécessite probablement le travail chimique actif de cellules ou d'organes spécialisés (reins) et leur consommation d'une proportion significative de l'énergie métabolique basale totale. Au contraire, les animaux marins et les poissons boivent et absorbent uniquement l'eau de mer, reconstituant ainsi sa libération constante du corps vers l'environnement extérieur, caractérisé par un potentiel osmotique élevé. Dans ce cas, les ions monovalents de l'eau salée sont activement éliminés vers l'extérieur par les branchies et les ions divalents par les reins (Fig. 2, b). Les cellules dépensent beaucoup d'énergie pour pomper l'excès d'eau. Ainsi, lorsque la salinité augmente et que l'eau dans le corps diminue, les organismes passent généralement à un état inactif - l'anabiose saline. Ceci est typique des espèces vivant dans des mares d'eau de mer qui s'assèchent périodiquement, dans les estuaires et les zones littorales (rotifères, amphipodes, flagellés, etc.) Salinité de la croûte supérieure est déterminé par la teneur en ions potassium et sodium et, comme la salinité du milieu aquatique, est important pour ses habitants et, en premier lieu, pour les plantes qui s'y adaptent de manière appropriée. Ce facteur n'est pas accidentel pour les plantes, il les accompagne au cours du processus évolutif. La végétation dite saline (solyanka, réglisse, etc.) est confinée aux sols à forte teneur en potassium et en sodium. La couche supérieure de la croûte terrestre est le sol. Outre la salinité des sols, on distingue d'autres indicateurs : acidité, régime hydrothermal, aération du sol, etc. Avec le relief, ces propriétés de la surface terrestre, appelées facteurs environnementaux édaphiques, ont un impact écologique sur ses habitants. Facteurs environnementaux édaphiques Propriétés de la surface terrestre qui ont un impact environnemental sur ses habitants. emprunté Profil du sol Le type de sol est déterminé par sa composition et sa couleur. A - Le sol de la toundra a une surface sombre et tourbeuse. B - Le sol du désert est léger, à grains grossiers et pauvre en matière organique Les sols de châtaigniers (C) et de chernozem (D) sont des sols de prairies riches en humus, typiques des steppes eurasiennes et des prairies nord-américaines. Le latosol (E) lessivé rougeâtre de la savane tropicale présente une couche très fine mais riche en humus. Les sols podzoliques sont typiques des latitudes septentrionales, où il y a de grandes quantités de précipitations et très peu d'évaporation. Ils comprennent le podzol forestier brun riche en matières organiques (F), le podzol gris-brun (H) et le podzol gris-pierreux (I), qui abrite à la fois des conifères et des feuillus. Tous sont relativement acides et, en revanche, le podzol rouge-jaune (G) des forêts de pins est assez fortement lessivé. En fonction des facteurs édaphiques, un certain nombre de groupes écologiques de plantes peuvent être distingués. En fonction de la réaction à l'acidité de la solution du sol, on distingue : les espèces acidophiles poussant à un pH inférieur à 6,5 (plantes de tourbières, prêle, pin, sapin, fougère) ; neutrophiles, préférant les sols à réaction neutre (pH 7) (la plupart des plantes cultivées) ; basophile - plantes qui poussent mieux sur un substrat à réaction alcaline (pH supérieur à 7) (épicéa, charme, thuya) et indifférent - peut pousser sur des sols avec des valeurs de pH différentes. En ce qui concerne la composition chimique du sol, les plantes sont divisées en oligotrophe, peu exigeant en termes de quantité de nutriments; mésotrophe, nécessitant une quantité modérée de minéraux dans le sol (plantes herbacées vivaces, épicéa), mésotrophe, nécessitant une grande quantité d'éléments cendrés disponibles (chêne, fruit). Concernant les batteries individuelles les espèces particulièrement exigeantes en teneur élevée en azote dans le sol sont appelées nitrophiles (ortie, plantes de basse-cour) ; ceux qui nécessitent beaucoup de calcium - calciphiles (hêtre, mélèze, pâturin, peuplier, olivier) ; les plantes des sols salins sont appelées halophytes (solyanka, sarsazan) ; certains halophytes sont capables de sécréter des excès de sels à l'extérieur, où ces sels, après séchage, forment des films solides ou des accumulations cristallines Par rapport à la composition mécanique plantes de sable meubles - psammophytes (saxaul, acacia des sables) plantes d'éboulis rocheux, fissures et dépressions de roches et autres habitats similaires - lithophytes [pétrophytes] (genévrier, chêne sessile) Le relief et la nature du sol influencent de manière significative les déplacements spécifiques des animaux et la répartition des espèces dont les activités vitales sont temporairement ou définitivement associées au sol. La nature du système racinaire (profond, superficiel) et le mode de vie de la faune du sol dépendent du régime hydrothermal des sols, de leur aération, de leur composition mécanique et chimique. La composition chimique du sol et la diversité de ses habitants affectent sa fertilité. Les sols les plus fertiles sont les sols chernozems riches en humus. En tant que facteur abiotique, le relief influence la répartition des facteurs climatiques et donc la formation de la flore et de la faune correspondantes. Par exemple, sur les pentes sud des collines ou des montagnes, il y a toujours une température plus élevée, un meilleur éclairage et, par conséquent, moins d'humidité.

Les facteurs abiotiques sont des propriétés de nature inanimée qui affectent directement ou indirectement les organismes vivants. En figue. Le tableau 5 (voir annexe) présente la classification des facteurs abiotiques. Commençons notre réflexion par les facteurs climatiques de l'environnement extérieur.

La température est le facteur climatique le plus important. L'intensité du métabolisme des organismes et leur répartition géographique en dépendent. Tout organisme est capable de vivre dans une certaine plage de température. Et bien que ces intervalles soient différents pour différents types d'organismes (eurythermiques et sténothermiques), pour la plupart d'entre eux, la zone de températures optimales dans laquelle les fonctions vitales sont exercées de la manière la plus active et la plus efficace est relativement petite. La plage de température dans laquelle la vie peut exister est d'environ 300 C : de 200 à +100 bC. Mais la plupart des espèces et la plupart des activités sont confinées à une plage de températures encore plus étroite. Certains organismes, notamment ceux au stade dormant, peuvent survivre au moins un certain temps à des températures très basses. Certains types de micro-organismes, principalement les bactéries et les algues, sont capables de vivre et de se reproduire à des températures proches du point d'ébullition. La limite supérieure pour les bactéries des sources chaudes est de 88 °C, pour les algues bleu-vert de 80 °C et pour les poissons et insectes les plus tolérants d'environ 50 °C. En règle générale, les limites supérieures du facteur sont plus critiques que les limites inférieures, bien que de nombreux organismes fonctionnent plus efficacement près des limites supérieures de la plage de tolérance.

Les animaux aquatiques ont tendance à avoir une plage de tolérance à la température plus étroite que les animaux terrestres, car la plage de température dans l’eau est plus petite que sur terre.

La température est donc un facteur important et très souvent limitant. Les rythmes de température contrôlent en grande partie l'activité saisonnière et quotidienne des plantes et des animaux.

Les précipitations et l'humidité sont les principales grandeurs mesurées lors de l'étude de ce facteur. La quantité de précipitations dépend principalement de la trajectoire et de la nature des grands mouvements de masses d'air. Par exemple, les vents soufflant de l’océan laissent la majeure partie de l’humidité sur les pentes faisant face à l’océan, créant ainsi une « ombre de pluie » derrière les montagnes, qui contribue à la formation du désert. En se déplaçant vers l'intérieur des terres, l'air accumule une certaine quantité d'humidité et la quantité de précipitations augmente à nouveau. Les déserts ont tendance à être situés derrière de hautes chaînes de montagnes ou le long de côtes où les vents soufflent depuis de vastes zones intérieures sèches plutôt que depuis l'océan, comme le désert de Nami, dans le sud-ouest de l'Afrique. La répartition des précipitations par saison est un facteur limitant extrêmement important pour les organismes.

L'humidité est un paramètre caractérisant la teneur en vapeur d'eau de l'air. L'humidité absolue est la quantité de vapeur d'eau par unité de volume d'air. En raison de la dépendance de la quantité de vapeur retenue par l'air sur la température et la pression, le concept d'humidité relative a été introduit - il s'agit du rapport entre la vapeur contenue dans l'air et la vapeur saturée à une température et une pression données. Étant donné que dans la nature il existe un rythme quotidien d'humidité, augmentant la nuit et diminuant pendant la journée, ainsi que ses fluctuations verticales et horizontales, ce facteur, avec la lumière et la température, joue un rôle important dans la régulation de l'activité des organismes. L'approvisionnement en eau de surface disponible pour les organismes vivants dépend de la quantité de précipitations dans une zone donnée, mais ces valeurs ne coïncident pas toujours. Ainsi, en utilisant des sources souterraines, où l'eau provient d'autres régions, les animaux et les plantes peuvent recevoir plus d'eau qu'en les recevant par les précipitations. A l’inverse, l’eau de pluie devient parfois immédiatement inaccessible aux organismes.

Le rayonnement solaire est constitué d’ondes électromagnétiques de différentes longueurs. Il est absolument nécessaire à la nature vivante, car il constitue la principale source d’énergie externe. Il faut garder à l’esprit que le spectre du rayonnement électromagnétique du Soleil est très large et que ses gammes de fréquences affectent la matière vivante de différentes manières.

Pour la matière vivante, les caractéristiques qualitatives importantes de la lumière sont la longueur d’onde, l’intensité et la durée d’exposition.

Les rayonnements ionisants chassent les électrons des atomes et les attachent à d’autres atomes pour former des paires d’ions positifs et négatifs. Sa source est constituée de substances radioactives contenues dans les roches, en plus, elle vient de l'espace.

Différents types d’organismes vivants diffèrent considérablement dans leur capacité à résister à de fortes doses d’exposition aux rayonnements. La plupart des études montrent que les cellules à division rapide sont les plus sensibles aux radiations.

Chez les plantes supérieures, la sensibilité aux rayonnements ionisants est directement proportionnelle à la taille du noyau cellulaire, ou plus précisément au volume des chromosomes ou au contenu en ADN.

La composition gazeuse de l’atmosphère est également un facteur climatique important. Il y a environ 33,5 milliards d’années, l’atmosphère contenait de l’azote, de l’ammoniac, de l’hydrogène, du méthane et de la vapeur d’eau, et il n’y avait pas d’oxygène libre. La composition de l’atmosphère était largement déterminée par les gaz volcaniques. En raison du manque d’oxygène, il n’y avait pas d’écran d’ozone pour bloquer le rayonnement ultraviolet du Soleil. Au fil du temps, en raison de processus abiotiques, l’oxygène a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère de la planète et la formation de la couche d’ozone a commencé.

Le vent peut même modifier l'apparence des plantes, en particulier dans les habitats, par exemple dans les zones alpines, où d'autres facteurs ont un effet limitant. Il a été démontré expérimentalement que dans les habitats de montagne ouverts, le vent limite la croissance des plantes : lorsqu'un mur était construit pour protéger les plantes du vent, la hauteur des plantes augmentait. Les tempêtes revêtent une grande importance, même si leurs effets sont purement locaux. Les ouragans et les vents ordinaires peuvent transporter des animaux et des plantes sur de longues distances et ainsi modifier la composition des communautés.

La pression atmosphérique ne semble pas être un facteur limitant direct, mais elle est directement liée aux conditions météorologiques et au climat, qui ont un effet limitant direct.

Les conditions aquatiques créent un habitat unique pour les organismes, différant des organismes terrestres principalement par leur densité et leur viscosité. La densité de l'eau est environ 800 fois supérieure et sa viscosité est environ 55 fois supérieure à celle de l'air. Outre la densité et la viscosité, les propriétés physicochimiques les plus importantes du milieu aquatique sont : la stratification de la température, c'est-à-dire les changements de température le long de la profondeur d'un plan d'eau et les changements périodiques de température dans le temps, ainsi que la transparence de l'eau, qui détermine la régime lumineux sous sa surface : la photosynthèse des algues vertes et violettes dépend de la transparence, du phytoplancton, des plantes supérieures.

Comme dans l’atmosphère, la composition gazeuse du milieu aquatique joue un rôle important. Dans les habitats aquatiques, la quantité d’oxygène, de dioxyde de carbone et d’autres gaz dissous dans l’eau et donc disponibles pour les organismes varie considérablement au fil du temps. Dans les réservoirs à forte teneur en matière organique, l’oxygène constitue un facteur limitant d’une importance primordiale.

L'acidité, la concentration en ions hydrogène (pH), est étroitement liée au système carbonate. La valeur du pH varie dans la plage de 0 pH à 14 : à pH = 7 l'environnement est neutre, à pH<7 кислая, при рН>7 alcalin. Si l'acidité n'approche pas les valeurs extrêmes, alors les communautés sont capables de compenser les changements de ce facteur ; la tolérance des communautés à la plage de pH est très significative. Les eaux à faible pH contiennent peu de nutriments, la productivité est donc extrêmement faible.

Teneur en salinité des carbonates, sulfates, chlorures, etc. est un autre facteur abiotique important dans les plans d’eau. Il y a peu de sels dans les eaux douces, dont environ 80 % sont des carbonates. La teneur en minéraux des océans du monde est en moyenne de 35 g/l. Les organismes des océans ouverts sont généralement sténohalins, tandis que les organismes côtiers des eaux saumâtres sont généralement euryhalines. La concentration en sel dans les fluides corporels et les tissus de la plupart des organismes marins est isotonique avec la concentration en sel dans l’eau de mer, il n’y a donc aucun problème d’osmorégulation.

Le courant influence non seulement grandement la concentration des gaz et des nutriments, mais agit aussi directement comme un facteur limitant. De nombreuses plantes et animaux fluviaux sont morphologiquement et physiologiquement spécialement adaptés au maintien de leur position dans le débit : ils ont des limites de tolérance bien définies au facteur débit.

La pression hydrostatique dans l'océan est d'une grande importance. Avec une immersion dans l'eau de 10 m, la pression augmente de 1 atm (105 Pa). Dans la partie la plus profonde de l'océan, la pression atteint 1 000 atm (108 Pa). De nombreux animaux sont capables de tolérer de brusques fluctuations de pression, surtout s’ils n’ont pas d’air libre dans leur corps. Sinon, une embolie gazeuse peut se développer. En règle générale, les hautes pressions, caractéristiques des grandes profondeurs, inhibent les processus vitaux.

Le sol.

Le sol est la couche de substance située au-dessus des roches de la croûte terrestre. Le naturaliste russe Vasily Vasilyevich Dokuchaev fut le premier, en 1870, à considérer le sol comme un milieu dynamique plutôt qu'inerte. Il a prouvé que le sol change et se développe constamment et que des processus chimiques, physiques et biologiques se déroulent dans sa zone active. Le sol se forme grâce à une interaction complexe entre le climat, les plantes, les animaux et les micro-organismes. La composition du sol comprend quatre composants structurels principaux : la base minérale (généralement 50 à 60 % de la composition totale du sol), la matière organique (jusqu'à 10 %), l'air (1 525 %) et l'eau (2 530 %).

Le squelette minéral du sol est un composant inorganique formé à partir de la roche mère suite à son altération.

La matière organique du sol est formée par la décomposition d'organismes morts, de leurs parties et excréments. Les résidus organiques qui ne sont pas complètement décomposés sont appelés litière, et le produit final de la décomposition, une substance amorphe dans laquelle il n'est plus possible de reconnaître la matière d'origine, est appelé humus. Grâce à ses propriétés physiques et chimiques, l'humus améliore la structure et l'aération du sol, et augmente la capacité de rétention de l'eau et des nutriments.

Le sol abrite de nombreuses espèces d'organismes végétaux et animaux qui influencent ses caractéristiques physico-chimiques : bactéries, algues, champignons ou protozoaires, vers et arthropodes. Leur biomasse dans différents sols est égale (kg/ha) : bactéries 10007000, champignons microscopiques 1001000, algues 100300, arthropodes 1000, vers 3501000.

Le principal facteur topographique est l’altitude au-dessus du niveau de la mer. Avec l'altitude, les températures moyennes diminuent, les différences de température quotidiennes augmentent, les précipitations, la vitesse du vent et l'intensité du rayonnement augmentent, la pression atmosphérique et les concentrations de gaz diminuent. Tous ces facteurs influencent les plantes et les animaux, provoquant une zonation verticale.

Les chaînes de montagnes peuvent agir comme des barrières climatiques. Les montagnes servent également de barrière à la propagation et à la migration des organismes et peuvent jouer le rôle de facteur limitant dans les processus de spéciation.

Un autre facteur topographique est l’exposition des pentes. Dans l'hémisphère nord, les pentes exposées au sud reçoivent plus de lumière solaire, de sorte que l'intensité lumineuse et la température y sont plus élevées que sur les fonds de vallées et les pentes exposées au nord. Dans l’hémisphère sud, la situation est inverse.

Un facteur de relief important est également la raideur de la pente. Les pentes abruptes se caractérisent par un drainage et un lessivage rapides des sols, de sorte que les sols ici sont minces et plus secs.

Pour les conditions abiotiques, toutes les lois considérées de l'influence des facteurs environnementaux sur les organismes vivants sont valables. La connaissance de ces lois nous permet de répondre à la question : pourquoi différents écosystèmes se sont-ils formés dans différentes régions de la planète ? La raison principale réside dans les conditions abiotiques uniques de chaque région.

Les aires de répartition et le nombre d'organismes de chaque espèce sont limités non seulement par les conditions de l'environnement inanimé externe, mais également par leurs relations avec les organismes d'autres espèces. Le milieu de vie immédiat d'un organisme constitue son environnement biotique, et les facteurs de cet environnement sont appelés biotiques. Les représentants de chaque espèce sont capables d'exister dans un environnement où les connexions avec d'autres organismes leur assurent des conditions de vie normales.

Considérons les traits caractéristiques des relations de différents types.

La compétition est le type de relation le plus complet dans la nature, dans lequel deux populations ou deux individus, dans la lutte pour les conditions nécessaires à la vie, s'influencent négativement.

La compétition peut être intraspécifique et interspécifique.

La compétition intraspécifique se produit entre individus d'une même espèce, la compétition interspécifique se produit entre individus d'espèces différentes. L'interaction compétitive peut concerner l'espace de vie, la nourriture ou les nutriments, la lumière, l'abri et bien d'autres facteurs vitaux.

La compétition interspécifique, quel que soit ce qui la sous-tend, peut conduire soit à l'établissement d'un équilibre entre deux espèces, soit au remplacement de la population d'une espèce par la population d'une autre, soit au fait qu'une espèce en déplacera une autre vers un autre endroit. ou le forcer à se déplacer vers un autre endroit en utilisant d'autres ressources. Il a été établi que deux espèces identiques en termes écologiques et en besoins ne peuvent coexister au même endroit et que tôt ou tard, l'un des concurrents supplante l'autre. C'est ce qu'on appelle le principe d'exclusion ou principe de Gause.

Étant donné que la structure de l'écosystème est dominée par les interactions alimentaires, la forme d'interaction la plus caractéristique entre les espèces dans les chaînes alimentaires est la prédation, dans laquelle un individu d'une espèce, appelé prédateur, se nourrit d'organismes (ou de parties d'organismes) d'une autre espèce. , appelé proie, et le prédateur vit séparément de la proie. Dans de tels cas, les deux espèces seraient impliquées dans une relation prédateur-proie.

La neutralité est un type de relation dans lequel aucune des populations n'a d'influence sur l'autre : elle n'affecte en rien la croissance de ses populations, qui sont en équilibre, ni leur densité. Mais en réalité, il est assez difficile de vérifier, par des observations et des expériences en conditions naturelles, que deux espèces sont absolument indépendantes l’une de l’autre.

En résumant la considération des formes de relations biotiques, nous pouvons tirer les conclusions suivantes :

1) les relations entre les organismes vivants sont l'un des principaux régulateurs du nombre et de la répartition spatiale des organismes dans la nature ;

2) des interactions négatives entre organismes apparaissent dès les premiers stades de développement de la communauté ou dans des conditions naturelles perturbées ; dans les associations récemment formées ou nouvelles, la probabilité que de fortes interactions négatives se produisent est plus grande que dans les associations anciennes ;

3) dans le processus d'évolution et de développement des écosystèmes, une tendance se révèle à réduire le rôle des interactions négatives au détriment des interactions positives qui augmentent la survie des espèces en interaction.

Une personne doit prendre en compte toutes ces circonstances lors de la mise en œuvre de mesures de gestion des systèmes écologiques et des populations individuelles afin de les utiliser dans son propre intérêt, ainsi qu'anticiper les conséquences indirectes qui peuvent survenir.