La temperatura è il fattore ambientale più importante. La temperatura ha un enorme impatto su molti aspetti della vita degli organismi, sulla loro geografia di distribuzione, riproduzione e altre proprietà biologiche degli organismi che dipendono principalmente dalla temperatura. Gamma, cioè i limiti di temperatura a cui può esistere la vita vanno da circa -200°C a +100°C, a volte l'esistenza di batteri si riscontra nelle sorgenti termali ad una temperatura di 250°C. In effetti, la maggior parte degli organismi può sopravvivere all'interno di un intervallo di temperature ancora più ristretto.
Alcuni tipi di microrganismi, principalmente batteri e alghe, sono in grado di vivere e moltiplicarsi nelle sorgenti termali a temperature prossime al punto di ebollizione. Il limite superiore di temperatura per i batteri delle sorgenti termali è di circa 90°C. La variabilità della temperatura è molto importante da un punto di vista ecologico.
Qualsiasi specie è in grado di vivere solo entro un certo intervallo di temperature, le cosiddette temperature letali massime e minime. Al di là di queste temperature estreme critiche, fredde o calde, si verifica la morte dell'organismo. Da qualche parte tra loro c'è la temperatura ottimale alla quale è attiva l'attività vitale di tutti gli organismi, la materia vivente nel suo insieme.
In base alla tolleranza degli organismi al regime di temperatura, si dividono in euritermiche e stenotermiche, cioè in grado di resistere a fluttuazioni di temperatura ampie o strette. Ad esempio, licheni e molti batteri possono vivere a temperature diverse, oppure orchidee e altre piante amanti del calore cinture tropicali- sono stenotermiche.
Alcuni animali sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante, indipendentemente dalla temperatura. ambiente. Tali organismi sono chiamati omeotermici. In altri animali, la temperatura corporea cambia a seconda della temperatura ambiente. Sono chiamati poichiloterme. A seconda del modo in cui gli organismi si adattano al regime di temperatura, sono divisi in due tipi. gruppi ambientalisti: criofille - organismi adattati al freddo, alle basse temperature; termofili - o amanti del calore.
La regola di Allen- una regola ecogeografica stabilita da D. Allen nel 1877. Secondo questa regola, tra le forme correlate di animali omoiotermici (a sangue caldo) che conducono uno stile di vita simile, quelli che vivono in climi più freddi hanno parti del corpo sporgenti relativamente più piccole: orecchie, gambe, code, ecc.
Ridurre le parti sporgenti del corpo porta a una diminuzione della superficie relativa del corpo e aiuta a risparmiare calore.
Un esempio di questa regola sono i rappresentanti della famiglia Canine diverse regioni. Le orecchie più piccole (rispetto alla lunghezza del corpo) e un muso meno allungato in questa famiglia si trovano nella volpe artica (gamma - Artico) e le orecchie più grandi e il muso stretto e allungato - nella volpe fennec (gamma - Sahara).
Questa regola si applica anche in relazione alle popolazioni umane: il naso, le braccia e le gambe più corti (rispetto alla corporatura) sono caratteristici dei popoli eschimesi-aleuti (Eschimesi, Inuit), e braccia e gambe lunghe per pellicce e tutsi.
La regola di Bergmanè una regola ecogeografica formulata nel 1847 dal biologo tedesco Carl Bergman. La regola dice che tra forme simili di animali omoiotermici (a sangue caldo), i più grandi sono quelli che vivono nei climi più freddi, alle alte latitudini o in montagna. Se ci sono specie strettamente correlate (ad esempio specie dello stesso genere) che non differiscono in modo significativo nella dieta e nello stile di vita, le specie più grandi si trovano anche nei climi più rigidi (freddi).
La regola si basa sul presupposto che la produzione totale di calore nelle specie endotermiche dipende dal volume del corpo e la velocità di trasferimento del calore dipende dalla sua superficie. Con l'aumento delle dimensioni degli organismi, il volume del corpo cresce più velocemente della sua superficie. Sperimentalmente, questa regola è stata testata per la prima volta su cani di diverse taglie. Si è scoperto che la produzione di calore nei cani di piccola taglia è maggiore per unità di massa, ma indipendentemente dalle dimensioni, rimane quasi costante per unità di superficie.
La regola di Bergman è infatti spesso soddisfatta sia all'interno della stessa specie che tra specie strettamente imparentate. Ad esempio, la forma Amur della tigre dell'Estremo Oriente è più grande della forma di Sumatra dell'Indonesia. Le sottospecie settentrionali del lupo sono in media più grandi di quelle meridionali. Tra le specie affini del genere orso, le maggiori vivono alle latitudini settentrionali ( orso polare, orsi bruni da circa. Kodiak) e le specie più piccole (ad esempio l'orso dagli occhiali) - in aree con clima caldo.
Allo stesso tempo, questa regola è stata spesso criticata; si è notato che non può essere di natura generale, poiché la taglia dei mammiferi e degli uccelli è influenzata da molti altri fattori oltre alla temperatura. Inoltre, gli adattamenti a climi rigidi a livello di popolazione e specie spesso si verificano non a causa di cambiamenti nelle dimensioni corporee, ma a causa di cambiamenti nelle dimensioni degli organi interni (aumento delle dimensioni del cuore e dei polmoni) o per adattamenti biochimici. Alla luce di questa critica, va sottolineato che la regola di Bergman è di natura statistica e manifesta chiaramente il suo effetto, a parità di altre condizioni.
In effetti, ci sono molte eccezioni a questa regola. Pertanto, la razza più piccola del mammut lanoso è conosciuta dall'isola polare di Wrangel; molte sottospecie di lupi della foresta sono più grandi di quelle della tundra (ad esempio, la sottospecie estinta della penisola di Kenai; si presume che le grandi dimensioni potrebbero dare a questi lupi un vantaggio quando cacciano grandi alci che abitano la penisola). La sottospecie dell'Estremo Oriente del leopardo che vive sull'Amur è significativamente più piccola di quella africana. Negli esempi riportati, le forme confrontate differiscono nel loro modo di vivere (popolazioni insulari e continentali; la sottospecie della tundra, che si nutre di prede più piccole, e la sottospecie forestale, che si nutre di prede più grandi).
In relazione all'uomo, la regola è applicabile in una certa misura (ad esempio, le tribù dei pigmei, apparentemente, ripetutamente e indipendentemente sono apparse in diverse aree con clima tropicale); tuttavia, a causa delle differenze nelle diete e nei costumi locali, della migrazione e della deriva genetica tra le popolazioni, l'applicabilità di questa regola è soggetta a restrizioni.
La regola di Glog consiste nel fatto che tra le forme affini (razze diverse o sottospecie della stessa specie, specie affini) di animali omoiotermici (a sangue caldo), quelli che vivono in climi caldi e umidi sono più luminosi di quelli che vivono in climi freddi e secchi. Fondata nel 1833 da Konstantin Gloger (Gloger C.W.L.; 1803-1863), ornitologo polacco e tedesco.
Ad esempio, la maggior parte delle specie di uccelli del deserto sono di colore più tenue rispetto ai loro parenti delle foreste subtropicali e tropicali. La regola di Gloger può essere spiegata sia da considerazioni di mascheramento che dall'influenza delle condizioni climatiche sulla sintesi dei pigmenti. In una certa misura, la regola di Gloger si applica anche agli animali ubriachi-chilotermici (a sangue freddo), in particolare agli insetti.
Inizialmente, tutti gli organismi erano acquatici. Dopo aver conquistato la terra, non hanno perso la loro dipendenza dall'acqua. Parte integrale di tutti gli organismi viventi è l'acqua. L'umidità è la quantità di vapore acqueo nell'aria. Senza umidità o acqua non c'è vita.
L'umidità è un parametro che caratterizza il contenuto di vapore acqueo nell'aria. L'umidità assoluta è la quantità di vapore acqueo nell'aria e dipende dalla temperatura e dalla pressione. Questa quantità è chiamata umidità relativa (cioè il rapporto tra la quantità di vapore acqueo nell'aria e la quantità satura di vapore in determinate condizioni di temperatura e pressione).
In natura c'è ritmo circadiano umidità. L'umidità oscilla sia verticalmente che orizzontalmente. Questo fattore, insieme alla luce e alla temperatura, svolge un ruolo importante nella regolazione dell'attività degli organismi e della loro distribuzione. L'umidità cambia anche l'effetto della temperatura.
L'essiccazione all'aria è un fattore ambientale importante. Soprattutto per gli organismi terrestri, l'effetto essiccante dell'aria è di grande importanza. Gli animali si adattano spostandosi in aree protette e sono attivi di notte.
Le piante assorbono l'acqua dal terreno e quasi completamente (97-99%) evaporano attraverso le foglie. Questo processo è chiamato traspirazione. L'evaporazione raffredda le foglie. Grazie all'evaporazione, gli ioni vengono trasportati attraverso il terreno fino alle radici, trasporto di ioni tra le cellule, ecc.
Una certa quantità di umidità è essenziale per gli organismi terrestri. Molti di loro hanno bisogno di un'umidità relativa del 100% per la vita normale e, viceversa, un organismo che si trova in uno stato normale non può vivere. per molto tempo in aria assolutamente secca, perché perde costantemente acqua. L'acqua è una parte essenziale della materia vivente. Pertanto, la perdita di acqua in una certa quantità porta alla morte.
Le piante dal clima secco si adattano ai cambiamenti morfologici, alla riduzione degli organi vegetativi, in particolare delle foglie.
Anche gli animali terrestri si adattano. Molti di loro bevono acqua, altri la aspirano attraverso il tegumento del corpo allo stato liquido o di vapore. Ad esempio, la maggior parte degli anfibi, alcuni insetti e acari. La maggior parte degli animali del deserto non beve mai, soddisfa i propri bisogni a spese dell'acqua fornita con il cibo. Altri animali ricevono acqua nel processo di ossidazione dei grassi.
L'acqua è essenziale per gli organismi viventi. Pertanto, gli organismi si diffondono nell'habitat a seconda delle loro esigenze: gli organismi acquatici vivono costantemente nell'acqua; le idrofite possono vivere solo in ambienti molto umidi.
Dal punto di vista della valenza ecologica, le idrofite e le igrofite appartengono al gruppo degli stenogiger. L'umidità influisce notevolmente sulle funzioni vitali degli organismi, ad esempio, il 70% di umidità relativa era molto favorevole per la maturazione in campo e la fecondità delle femmine di locuste migratrici. Con una riproduzione favorevole, provocano enormi danni economici alle colture di molti paesi.
Per una valutazione ecologica della distribuzione degli organismi viene utilizzato un indicatore della siccità del clima. La secchezza funge da fattore selettivo per la classificazione ecologica degli organismi.
Pertanto, a seconda delle caratteristiche dell'umidità del clima locale, le specie di organismi sono distribuite in gruppi ecologici:
1. Gli idatofiti sono piante acquatiche.
2. Le idrofite sono piante acquatiche terrestri.
3. Igrofite - piante terrestri che vivono in condizioni di elevata umidità.
4. I mesofiti sono piante che crescono con un'umidità media.
5. Gli xerofiti sono piante che crescono con un'umidità insufficiente. A loro volta, sono divisi in: piante grasse - piante succulente (cactus); Le sclerofite sono piante con foglie strette e piccole e piegate in tubuli. Sono anche divisi in euxerofiti e stipaxerofiti. Le euxerofite sono piante della steppa. Gli stipaxerofiti sono un gruppo di graminacee a foglia stretta (graminacee, festuca, zampe sottili, ecc.). A loro volta, i mesofiti sono anche divisi in mesoigrofiti, mesoxerofiti, ecc.
Cedendo nel suo valore alla temperatura, l'umidità è comunque uno dei principali fattori ambientali. Per la maggior parte della storia della fauna selvatica, il mondo organico è stato rappresentato esclusivamente dalle norme idriche degli organismi. Parte integrante della stragrande maggioranza degli esseri viventi è l'acqua e, per la riproduzione o la fusione dei gameti, quasi tutti hanno bisogno di un ambiente acquatico. Gli animali terrestri sono costretti a creare nel loro corpo un artificiale ambiente acquatico per la fecondazione, e questo porta al fatto che quest'ultima diventa interna.
L'umidità è la quantità di vapore acqueo nell'aria. Può essere espresso in grammi per metro cubo.
La luce è una forma di energia. Secondo la prima legge della termodinamica, o legge di conservazione dell'energia, l'energia può cambiare da una forma all'altra. Secondo questa legge, gli organismi sono un sistema termodinamico che scambia costantemente energia e materia con l'ambiente. Gli organismi sulla superficie della Terra sono esposti al flusso di energia, principalmente l'energia solare, nonché alla radiazione termica a onde lunghe dei corpi cosmici.
Entrambi questi fattori determinano le condizioni climatiche dell'ambiente (temperatura, tasso di evaporazione dell'acqua, movimento dell'aria e dell'acqua). La luce solare con un'energia di 2 cal cade sulla biosfera dallo spazio. per 1 cm 2 in 1 min. Questa cosiddetta costante solare. Questa luce, passando attraverso l'atmosfera, è attenuata e non più del 67% della sua energia può raggiungere la superficie terrestre in un mezzogiorno limpido, ad es. 1.34 cal. per cm 2 in 1 min. Passando attraverso la copertura nuvolosa, l'acqua e la vegetazione, la luce solare viene ulteriormente indebolita e la distribuzione dell'energia in essa contenuta in diverse parti dello spettro cambia in modo significativo.
Il grado di attenuazione della luce solare e della radiazione cosmica dipende dalla lunghezza d'onda (frequenza) della luce. La radiazione ultravioletta con una lunghezza d'onda inferiore a 0,3 micron quasi non passa strato di ozono(ad un'altitudine di circa 25 km). Tale radiazione è pericolosa per un organismo vivente, in particolare per il protoplasma.
Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia; tutte le piante, eccetto i batteri, fotosintetizzano, cioè sintetizzare materia organica da sostanze inorganiche (cioè da acqua, sali minerali e CO2) Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia, tutte le piante, eccetto i batteri 2 - con l'aiuto dell'energia radiante nel processo di assimilazione). Tutti gli organismi dipendono per il cibo dai fotosintetizzatori terrestri, ad es. piante portatrici di clorofilla.
La luce come fattore ambientale si divide in ultravioletto con una lunghezza d'onda di 0,40 - 0,75 micron e infrarosso con una lunghezza d'onda maggiore di queste grandezze.
L'effetto di questi fattori dipende dalle proprietà degli organismi. Ogni tipo di organismo è adattato all'uno o all'altro spettro di lunghezze d'onda della luce. Alcune specie di organismi si sono adattate all'ultravioletto, mentre altre all'infrarosso.
Alcuni organismi sono in grado di distinguere la lunghezza d'onda. Hanno speciali sistemi di percezione della luce e hanno una visione dei colori, che sono di grande importanza nella loro vita. Molti insetti sono sensibili alle radiazioni a onde corte, che gli esseri umani non percepiscono. Le farfalle notturne percepiscono bene i raggi ultravioletti. Api e uccelli determinano accuratamente la loro posizione e navigare il terreno anche di notte.
Gli organismi reagiscono fortemente anche all'intensità della luce. In base a queste caratteristiche, le piante si dividono in tre gruppi ecologici:
1. Amanti della luce, amanti del sole o eliofite - che sono in grado di svilupparsi normalmente solo sotto i raggi del sole.
2. Gli amanti dell'ombra, o sciofiti, sono piante dei livelli inferiori delle foreste e piante di acque profonde, ad esempio mughetti e altri.
Quando l'intensità della luce diminuisce, anche la fotosintesi rallenta. Tutti gli organismi viventi hanno una soglia di sensibilità all'intensità della luce, nonché ad altri fattori ambientali. In vari organismi la sensibilità di soglia ai fattori ambientali non è la stessa. Ad esempio, la luce intensa inibisce lo sviluppo delle mosche della Drosofilla, provocandone anche la morte. Non amano la luce, gli scarafaggi e altri insetti. Nella maggior parte delle piante fotosintetiche, a bassa intensità luminosa, la sintesi proteica è inibita, mentre negli animali i processi di biosintesi sono inibiti.
3. Eliofite tolleranti all'ombra o facoltative. Piante che crescono bene sia all'ombra che alla luce. Negli animali, queste proprietà degli organismi sono chiamate amanti della luce (fotofili), amanti dell'ombra (fotofobi), eurifobi - stenofobici.
il grado di adattabilità di un organismo vivente ai cambiamenti delle condizioni ambientali. E. v. è una proprietà con vista. Quantitativamente, è espresso dalla gamma di cambiamenti nell'ambiente, all'interno del quale questa specie mantiene una vita normale. E. v. può essere visto come in relazione alla risposta di una specie a fattori individuali ambiente, e in relazione al complesso dei fattori.
Nel primo caso, le specie che tollerano ampie variazioni della forza del fattore influente sono designate con un termine costituito dal nome di questo fattore con il prefisso "evry" (eurythermal - in relazione all'influenza della temperatura, eurialine - alla salinità , euribatico - in profondità, ecc.); le specie adattate solo a piccole variazioni di questo fattore sono designate con un termine simile con il prefisso "steno" (stenotermico, stenoalino, ecc.). I tipi che possiedono un'ampia E. in. in relazione a un complesso di fattori, sono chiamati euribionti (vedi. Eurybionts) in contrapposizione a stenobionti (vedi. Stenobionti), che hanno poca adattabilità. Poiché l'eurbiontismo consente di popolare una varietà di habitat e lo stenobiontismo restringe notevolmente la gamma di habitat adatti alla specie, questi due gruppi sono spesso chiamati rispettivamente eury o stenotopico.
euribionti, organismi animali e vegetali che possono esistere con cambiamenti significativi delle condizioni ambientali. Quindi, ad esempio, gli abitanti del litorale marino subiscono un'essiccazione regolare durante la bassa marea, in estate - forte riscaldamento e in inverno - raffreddamento e talvolta congelamento (animali euritermali); gli abitanti degli estuari dei fiumi resistono ai mezzi. fluttuazioni della salinità dell'acqua (animali eurialini); esiste un certo numero di animali in un'ampia gamma di pressione idrostatica (eurybats). Molti abitanti terrestri di latitudini temperate sono in grado di sopportare grandi fluttuazioni di temperatura stagionali.
L'eubiontezza della specie è accresciuta dalla capacità di tollerare condizioni sfavorevoli in stato di anabiosi (molti batteri, spore e semi di molte piante, piante perenni adulte di latitudini fredde e temperate, germogli svernanti di spugne d'acqua dolce e briozoi, uova di branchiopodi, tardigradi adulti e alcuni rotiferi, ecc.) o ibernazione (alcuni mammiferi).
LA REGOLA DI CHETVERIKOV, di regola, secondo Krom in natura, tutti i tipi di organismi viventi non sono rappresentati da individui isolati separati, ma sotto forma di aggregati di un numero (a volte molto grande) di individui-popolazioni. Allevato da SS Chetverikov (1903).
Visualizzazione- questo è un insieme storicamente stabilito di popolazioni di individui simili per proprietà morfologiche e fisiologiche, in grado di incrociarsi liberamente e produrre prole fertile, occupando una determinata area. Ogni tipo di organismi viventi può essere descritto da un insieme di caratteristiche, proprietà, che sono chiamate caratteristiche della specie. Le caratteristiche di una specie, per mezzo delle quali una specie può essere distinta da un'altra, sono dette criteri di specie.
I sette criteri di visualizzazione generale più comunemente utilizzati sono:
1. Tipo specifico di organizzazione: popolazione caratteristiche peculiari distinguere gli individui di una data specie dagli individui di un'altra.
2. Certezza geografica: l'esistenza di individui di una specie in un determinato luogo il globo; intervallo - l'area in cui vivono gli individui di una determinata specie.
3. Certezza ecologica: gli individui di una specie vivono in uno specifico intervallo di valori di fattori fisici ambientali, come temperatura, umidità, pressione, ecc.
4. Differenziazione: la specie è costituita da gruppi più piccoli di individui.
5. Discretezza: gli individui di questa specie sono separati dagli individui di un'altra da uno spazio vuoto - iato Lo iato è determinato dall'azione di meccanismi di isolamento, come una mancata corrispondenza nei periodi riproduttivi, l'uso di reazioni comportamentali specifiche, la sterilità degli ibridi, eccetera.
6. Riproducibilità: la riproduzione degli individui può essere effettuata asessualmente (il grado di variabilità è basso) e sessualmente (il grado di variabilità è elevato, poiché ogni organismo combina le caratteristiche di un padre e di una madre).
7. Un certo livello di abbondanza: la popolazione subisce cambiamenti periodici (onde di vita) e non periodici.
Gli individui di qualsiasi specie sono distribuiti nello spazio in modo estremamente irregolare. Ad esempio, l'ortica all'interno del suo areale si trova solo in luoghi umidi e ombreggiati con terreno fertile, formando boschetti nelle pianure alluvionali di fiumi, torrenti, intorno ai laghi, lungo la periferia delle paludi, nelle foreste miste e nei boschetti di arbusti. Le colonie della talpa europea, ben visibili sui cumuli di terra, si trovano ai margini delle foreste, ai prati e ai campi. Adatto per la vita
sebbene gli habitat si trovino spesso all'interno della gamma, non coprono l'intera gamma e quindi gli individui di questa specie non si trovano in altre parti di essa. Non ha senso cercare le ortiche pineta o una talpa in una palude.
Pertanto, la distribuzione irregolare delle specie nello spazio si esprime sotto forma di "isole di densità", "grumi". Aree con una distribuzione relativamente elevata di questa specie si alternano ad aree di scarsa abbondanza. Tali "centri di densità" della popolazione di ciascuna specie sono chiamati popolazioni. Una popolazione è un insieme di individui di una data specie, che abitano da molto tempo (un gran numero di generazioni) in un determinato spazio (parte dell'areale) e isolati da altre popolazioni simili.
All'interno della popolazione si pratica praticamente il passaggio libero (panmixia). In altre parole, una popolazione è un gruppo di individui che si uniscono liberamente tra di loro, vivono a lungo in un determinato territorio e relativamente isolati da altri gruppi simili. Una specie è quindi un insieme di popolazioni e una popolazione è l'unità strutturale di una specie.
La differenza tra una popolazione e una specie:
1) individui di diverse popolazioni si incrociano liberamente tra loro,
2) individui di diverse popolazioni differiscono poco tra loro,
3) non c'è divario tra due popolazioni vicine, cioè c'è una transizione graduale tra di loro.
Processo di speciazione. Assumiamo che una data specie occupi una certa area, determinata dalla natura della sua dieta. A causa della divergenza tra gli individui, l'intervallo aumenta. La nuova area conterrà aree con diverse piante alimentari, proprietà fisiche e chimiche, ecc. Gli individui che si trovano in diverse parti dell'area formano popolazioni. In futuro, a causa delle differenze sempre crescenti tra gli individui delle popolazioni, risulterà sempre più chiaro che gli individui di una popolazione differiscono in qualche modo dagli individui di un'altra popolazione. C'è un processo di divergenza delle popolazioni. Le mutazioni si accumulano in ciascuna di esse.
I rappresentanti di qualsiasi specie nella parte locale dell'areale formano una popolazione locale. La totalità delle popolazioni locali associate a parti dell'areale omogenee in termini di condizioni di vita costituisce una popolazione ecologica. Quindi, se una specie vive in un prato e in una foresta, allora parlano delle sue popolazioni di gomma e prato. Le popolazioni all'interno dell'intervallo di una specie associata a determinati confini geografici sono chiamate popolazioni geografiche.
Le dimensioni e i confini delle popolazioni possono cambiare drasticamente. Durante i focolai di riproduzione di massa, la specie si diffonde molto ampiamente e sorgono popolazioni gigantesche.
L'insieme delle popolazioni geografiche con tratti stabili, la capacità di incrociarsi e produrre prole fertile è chiamato sottospecie. Darwin disse che la formazione di nuove specie passa attraverso le varietà (sottospecie).
Tuttavia, va ricordato che alcuni elementi sono spesso assenti in natura.
Le mutazioni che si verificano negli individui di ciascuna sottospecie non possono da sole portare alla formazione di nuove specie. Il motivo sta nel fatto che questa mutazione vagherà attraverso la popolazione, poiché gli individui di sottospecie, come sappiamo, non sono isolati dal punto di vista riproduttivo. Se la mutazione è benefica, aumenta l'eterozigosi della popolazione; se è dannosa, sarà semplicemente respinta dalla selezione.
Come risultato del processo di mutazione costantemente in corso e del libero incrocio, le mutazioni si accumulano nelle popolazioni. Secondo la teoria di I. I. Schmalhausen, viene creata una riserva di variabilità ereditaria, ovvero la stragrande maggioranza delle mutazioni emergenti sono recessive e non compaiono fenotipicamente. Al raggiungimento di un'elevata concentrazione di mutazioni nello stato eterozigote, diventa probabile l'incrocio di individui portatori di geni recessivi. In questo caso compaiono individui omozigoti, in cui le mutazioni si manifestano già fenotipicamente. In questi casi, le mutazioni sono già sotto il controllo della selezione naturale.
Ma questo non ha ancora un'importanza decisiva per il processo di speciazione, perché le popolazioni naturali sono aperte e in esse vengono costantemente introdotti geni estranei provenienti da popolazioni vicine.
C'è un flusso genico sufficiente per mantenere la grande somiglianza dei pool genici (la totalità di tutti i genotipi) di tutte le popolazioni locali. Si stima che il riempimento del pool genetico dovuto a geni estranei in una popolazione di 200 individui, ognuno dei quali ha 100.000 loci, sia 100 volte superiore a quello dovuto a mutazioni. Di conseguenza, nessuna popolazione può cambiare drasticamente finché è soggetta all'influenza normalizzante del flusso genico. La resistenza di una popolazione ai cambiamenti nella sua composizione genetica sotto l'influenza della selezione è chiamata omeostasi genetica.
A causa dell'omeostasi genetica in una popolazione, la formazione di una nuova specie è molto difficile. Un'altra condizione deve essere soddisfatta! Vale a dire, è necessario isolare il pool genico della popolazione figlia dal pool genico materno. L'isolamento può assumere due forme: spaziale e temporale. L'isolamento spaziale si verifica a causa di varie barriere geografiche come deserti, foreste, fiumi, dune, pianure alluvionali. Molto spesso, l'isolamento spaziale si verifica a causa di una forte riduzione della gamma continua e della sua scomposizione in tasche o nicchie separate.
Spesso una popolazione si isola a causa della migrazione. In questo caso, sorge una popolazione isolata. Tuttavia, poiché il numero di individui in una popolazione isolata è generalmente piccolo, esiste il pericolo di consanguineità, la degenerazione associata alla consanguineità. La speciazione basata sull'isolamento spaziale è chiamata geografica.
La forma temporanea di isolamento include un cambiamento nei tempi di riproduzione e cambiamenti nell'intero ciclo di vita. La speciazione basata sull'isolamento temporaneo è chiamata ecologica.
La cosa decisiva in entrambi i casi è la creazione di un nuovo sistema genetico, incompatibile con il vecchio. Attraverso la speciazione si realizza l'evoluzione, motivo per cui si dice che una specie è un sistema evolutivo elementare. Una popolazione è un'unità evolutiva elementare!
Le specie di organismi sono incluse nella biocenosi non come individui separati, ma come popolazioni o loro parti. Una popolazione è una parte di una specie (costituita da individui della stessa specie), che occupa uno spazio relativamente omogeneo e capace di autoregolazione e mantenimento di un certo numero. Ogni specie all'interno del territorio occupato è suddivisa in popolazioni Se consideriamo l'impatto dei fattori ambientali su un singolo organismo, allora a un certo livello del fattore (ad esempio la temperatura), l'individuo in studio sopravviverà o morirà. Il quadro cambia quando si studia l'impatto dello stesso fattore su un gruppo di organismi della stessa specie.
Alcuni individui moriranno o ridurranno la loro attività vitale ad una determinata temperatura, altri ad una temperatura più bassa ed altri ancora ad una più alta.Pertanto si può dare un'ulteriore definizione di popolazione: per sopravvivere e dare prole, tutti i viventi gli organismi devono fattori ambientali esistono sotto forma di raggruppamenti, o popolazioni, cioè un insieme di individui che convivono con eredità simile.La caratteristica più importante di una popolazione è l'area che occupa area comune. Ma all'interno di una popolazione possono esserci raggruppamenti più o meno isolati per vari motivi.
Pertanto, è difficile dare una definizione esaustiva della popolazione a causa dell'offuscamento dei confini tra i singoli gruppi di individui. Ogni specie è costituita da una o più popolazioni, e una popolazione è quindi la forma di esistenza di una specie, la sua più piccola unità in evoluzione. Per le popolazioni vari tipi esistono limiti accettabili per la diminuzione del numero degli individui, oltre i quali l'esistenza di una popolazione diventa impossibile. Non ci sono dati esatti sui valori critici della dimensione della popolazione in letteratura. I valori indicati sono contraddittori. Tuttavia, resta il fatto che più piccoli sono gli individui, più alti sono i valori critici del loro numero. Per i microrganismi, questi sono milioni di individui, per gli insetti - decine e centinaia di migliaia e per grandi mammiferi- Poche dozzine.
Il numero non dovrebbe scendere al di sotto dei limiti oltre i quali si riduce drasticamente la probabilità di incontrare partner sessuali. Il numero critico dipende anche da altri fattori. Ad esempio, per alcuni organismi, uno stile di vita di gruppo è specifico (colonie, greggi, mandrie). I gruppi all'interno di una popolazione sono relativamente isolati. Ci possono essere casi in cui la dimensione della popolazione nel suo insieme è ancora piuttosto ampia e il numero dei singoli gruppi è ridotto al di sotto dei limiti critici.
Ad esempio, una colonia (gruppo) del cormorano peruviano deve avere una popolazione di almeno 10 mila individui e un branco di renne - 300 - 400 capi. Comprendere i meccanismi di funzionamento e affrontare i problemi di utilizzo delle popolazioni Grande importanza avere informazioni sulla loro struttura. Ci sono genere, età, territorio e altri tipi di struttura. In termini teorici e applicativi, i dati sulla struttura per età sono i più importanti: il rapporto tra individui (spesso combinati in gruppi) di età diverse.
Gli animali sono suddivisi nei seguenti gruppi di età:
Gruppo giovanile (bambini) gruppo senile (senile, non coinvolto nella riproduzione)
Gruppo adulto (individui che effettuano la riproduzione).
Di solito, le popolazioni normali sono caratterizzate dalla maggiore vitalità, in cui tutte le età sono rappresentate in modo relativamente uniforme. Nella popolazione regressiva (in via di estinzione) predominano gli individui senili, il che indica la presenza di fattori negativi che interrompono le funzioni riproduttive. Sono necessarie misure urgenti per identificare ed eliminare le cause di questa condizione. Le popolazioni invasive (invasive) sono rappresentate principalmente da individui giovani. La loro vitalità di solito non desta preoccupazione, ma sono probabili focolai di un numero eccessivamente elevato di individui, poiché in tali popolazioni non si sono formate relazioni trofiche e di altro tipo.
È particolarmente pericoloso se si tratta di una popolazione di specie che prima erano assenti nell'area. In questo caso, le popolazioni solitamente trovano e occupano una nicchia ecologica libera e realizzano il loro potenziale riproduttivo, aumentando in modo intensivo il loro numero.Se la popolazione è in uno stato normale o prossimo alla normalità, una persona può rimuovere da essa il numero di individui (negli animali ) o biomassa (nelle piante), che aumenta nel periodo di tempo tra i sequestri. In primo luogo, dovrebbero essere ritirati gli individui in età post-produttiva (riproduzione completata). Se l'obiettivo è ottenere un determinato prodotto, l'età, il sesso e altre caratteristiche delle popolazioni vengono adattate tenendo conto del compito.
Lo sfruttamento delle popolazioni delle comunità vegetali (ad esempio per ottenere legname) è solitamente temporizzato in modo da coincidere con il periodo di rallentamento della crescita legato all'età (accumulo di produzione). Questo periodo coincide solitamente con il massimo accumulo di massa legnosa per unità di superficie. La popolazione è inoltre caratterizzata da un certo rapporto tra i sessi e il rapporto tra maschi e femmine non è pari a 1:1. Sono noti casi di forte predominanza di un sesso o dell'altro, alternanza di generazioni con l'assenza di maschi. Ogni popolazione può avere anche una struttura spaziale complessa, (suddivisa in gruppi gerarchici più o meno grandi - dal geografico all'elementare (micropopolazioni).
Quindi, se il tasso di mortalità non dipende dall'età degli individui, la curva di sopravvivenza è una linea decrescente (vedi figura, tipo I). Cioè, la morte degli individui si verifica in modo uniforme in questo tipo, il tasso di mortalità rimane costante per tutta la vita. Tale curva di sopravvivenza è caratteristica delle specie il cui sviluppo avviene senza metamorfosi con sufficiente stabilità della prole nata. Questo tipo è solitamente chiamato il tipo di idra: è caratterizzato da una curva di sopravvivenza che si avvicina a una linea retta. Nelle specie per le quali il ruolo dei fattori esterni nella mortalità è ridotto, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da un leggero decremento fino a una certa età, dopodiché si ha un forte calo dovuto alla mortalità naturale (fisiologica).
Digitare II nella figura. Una curva di sopravvivenza vicina a questo tipo è caratteristica degli esseri umani (sebbene la curva di sopravvivenza umana sia alquanto più piatta e quindi da qualche parte tra i tipi I e II). Questo tipo è chiamato il tipo di Drosophila: è questo tipo che la Drosophila dimostra in condizioni di laboratorio (non mangiata dai predatori). Molte specie sono caratterizzate da un'elevata mortalità nelle prime fasi dell'ontogenesi. In tali specie, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da un forte calo nella regione dell'età più giovane. Gli individui sopravvissuti all'età "critica" mostrano una bassa mortalità e vivono fino a grandi età. Il tipo è chiamato il tipo di ostrica. Digitare III nella figura. Lo studio delle curve di sopravvivenza è di grande interesse per l'ecologo. Ti permette di giudicare a quale età una particolare specie è più vulnerabile. Se l'azione di cause che possono modificare la natalità o la mortalità cade nella fase più vulnerabile, la loro influenza sul successivo sviluppo della popolazione sarà la maggiore. Questo modello deve essere preso in considerazione quando si organizza la caccia o nel controllo dei parassiti.
Ogni popolazione ha una certa organizzazione. La distribuzione degli individui sul territorio, il rapporto tra gruppi di individui per sesso, età, caratteristiche morfologiche, fisiologiche, comportamentali e genetiche riflettono le corrispondenti struttura della popolazione : spaziale, sesso, età, ecc. La struttura è formata da un lato sulla base del comune proprietà biologiche specie e, dall'altro, sotto l'influenza di fattori ambientali abiotici e popolazioni di altre specie.
La struttura della popolazione ha quindi un carattere adattivo. Popolazioni diverse della stessa specie hanno caratteristiche simili e caratteristiche distintive che caratterizzano le specificità delle condizioni ambientali nei loro habitat.
In generale, oltre alle capacità adattive degli individui, in determinati territori si formano caratteristiche adattive dell'adattamento di gruppo della popolazione come sistema sovraindividuale, il che indica che le caratteristiche adattive della popolazione sono molto superiori a quelle degli individui che lo compongono.
Composizione per età- è essenziale per l'esistenza della popolazione. La durata media della vita degli organismi e il rapporto tra il numero (o la biomassa) di individui di età diverse è caratterizzato dalla struttura per età della popolazione. La formazione della struttura dell'età avviene come risultato dell'azione combinata dei processi di riproduzione e mortalità.
In ogni popolazione, si distinguono condizionatamente 3 gruppi ecologici di età:
pre-riproduttivo;
riproduttivo;
Post-riproduttivo.
Il gruppo pre-riproduttivo comprende individui che non sono ancora in grado di riprodursi. Riproduttivo: individui capaci di riprodursi. Post-riproduttivo: individui che hanno perso la capacità di riprodursi. La durata di questi periodi varia notevolmente a seconda del tipo di organismi.
In condizioni favorevoli, la popolazione comprende tutte le fasce d'età e mantiene un andamento più o meno stabile struttura per età. Nelle popolazioni in rapida crescita predominano i giovani, mentre nelle popolazioni in declino predominano i vecchi, non più in grado di riprodursi in modo intensivo. Tali popolazioni sono improduttive e non sufficientemente stabili.
Ci sono viste da semplice struttura per età popolazioni composte da individui quasi della stessa età.
Ad esempio, tutte le piante annuali di una popolazione sono in fase di semina in primavera, quindi fioriscono quasi contemporaneamente e producono semi in autunno.
Nelle specie da struttura complessa dell'età le popolazioni vivono contemporaneamente per diverse generazioni.
Ad esempio, nell'esperienza degli elefanti ci sono animali giovani, maturi e anziani.
Popolazioni che comprendono molte generazioni (diverse gruppi di età) sono più stabili, meno influenzati da fattori che incidono sulla riproduzione o sulla mortalità in un determinato anno. Condizioni estreme possono portare alla morte dei gruppi di età più vulnerabili, ma i più resilienti sopravvivono e producono nuove generazioni.
Ad esempio, una persona è considerata una specie biologica con un complesso struttura per età. La stabilità delle popolazioni della specie si è manifestata, ad esempio, durante la seconda guerra mondiale.
Per studiare le strutture per età delle popolazioni vengono utilizzate tecniche grafiche, ad esempio le piramidi di età di una popolazione, ampiamente utilizzate negli studi demografici (Fig. 3.9).
Fig.3.9. Piramidi dell'età della popolazione.
A - riproduzione di massa, B - popolazione stabile, C - popolazione in declino
La stabilità delle popolazioni di una specie dipende in gran parte da struttura sessuale , cioè. rapporti tra individui di sesso diverso. I gruppi di sesso all'interno delle popolazioni si formano sulla base delle differenze nella morfologia (forma e struttura del corpo) e nell'ecologia dei diversi sessi.
Ad esempio, in alcuni insetti, i maschi hanno le ali, ma le femmine no, i maschi di alcuni mammiferi hanno le corna, ma sono assenti nelle femmine, gli uccelli maschi hanno un piumaggio brillante e le femmine hanno il camuffamento.
Le differenze ecologiche si esprimono nelle preferenze alimentari (le femmine di molte zanzare succhiano il sangue, mentre i maschi si nutrono di nettare).
Il meccanismo genetico fornisce un rapporto approssimativamente uguale di individui di entrambi i sessi alla nascita. Tuttavia, il rapporto originario viene presto rotto a causa delle differenze fisiologiche, comportamentali ed ecologiche tra maschi e femmine, causando una mortalità irregolare.
Un'analisi della struttura per età e sesso delle popolazioni consente di prevederne il numero per un certo numero di generazioni e anni successivi. Questo è importante quando si valutano le possibilità di pesca, sparare agli animali, salvare i raccolti dalle invasioni di locuste e in altri casi.
Oggi, 6 ottobre, è la Giornata Mondiale dell'Habitat Animale. In onore di questa vacanza, vi proponiamo una selezione di 5 animali che hanno scelto come casa i luoghi con le condizioni più estreme.
Gli organismi viventi sono distribuiti in tutto il nostro pianeta e molti di loro vivono in luoghi con condizioni estreme. Tali organismi sono chiamati estremofili. Questi includono batteri, archaea e solo pochi animali. Parliamo di quest'ultimo in questo articolo. 1. Vermi di Pompei. Questi vermi policheti di acque profonde, di lunghezza non superiore a 13 cm, sono tra gli animali più resistenti al calore. Pertanto, non sorprende che si possano trovare esclusivamente presso le sorgenti idrotermali sul fondo degli oceani (), da cui proviene acqua calda altamente mineralizzata. Così, per la prima volta, una colonia di vermi pompeiani è stata scoperta all'inizio degli anni '80 presso le sorgenti idrotermali di l'oceano Pacifico vicino alle Isole Galapagos, e successivamente, nel 1997, non lontano dal Costa Rica e di nuovo alle sorgenti idrotermali.
Tipicamente, il verme di Pompei localizza il suo corpo nelle strutture tubolari dei fumatori neri, dove la temperatura raggiunge gli 80°C, e conficca la testa con formazioni piumate all'esterno, dove la temperatura è più bassa (circa 22°C). Gli scienziati hanno cercato a lungo di capire come il verme pompeiano riesca a resistere a temperature così estreme. Gli studi hanno dimostrato che in questo lo aiutano batteri speciali, che formano uno strato spesso fino a 1 cm sul dorso del verme, simile a una coperta di lana. Essendo in una relazione simbiotica, i vermi secernono muco da minuscole ghiandole sul dorso, che si nutrono di batteri, che a loro volta isolano il corpo dell'animale dalle alte temperature. Si ritiene che questi batteri abbiano proteine speciali che consentono di proteggere i vermi e i batteri stessi dalle alte temperature. 2. Bruco Gynaephora. La Groenlandia e il Canada ospitano la falena Gynaephora groenlandica, nota per la sua capacità di resistere a condizioni estreme bassa temperatura. Quindi, vivendo in un clima freddo, i bruchi di G. groenlandica, mentre sono in letargo, possono tollerare temperature fino a -70°C! Ciò è reso possibile dai composti (glicerolo e betaina) che i bruchi iniziano a sintetizzare verso la fine dell'estate quando le temperature scendono. Queste sostanze impediscono la formazione di cristalli di ghiaccio nelle cellule dell'animale e quindi gli permettono di non congelarsi fino alla morte.
Tuttavia, questa non è l'unica caratteristica della specie. Mentre la maggior parte delle altre specie di falene impiega circa un mese per maturare dall'uovo all'adulto, G. groenlandica può impiegare dai 7 ai 14 anni per svilupparsi! Una crescita così lenta di Gynaephora groenlandica è dovuta alle condizioni ambientali estreme in cui l'insetto deve svilupparsi. È interessante notare che i bruchi di Gynaephora groenlandica trascorrono la maggior parte della loro vita in letargo e il resto del tempo (circa il 5% della loro vita) si dedicano a mangiare la vegetazione, ad esempio i germogli di salice artico. 3. Mosche del petrolio. Questi sono gli unici insetti conosciuti dalla scienza che possono vivere e nutrirsi di petrolio greggio. Questa specie è stata scoperta per la prima volta a La Brea Ranch in California, dove ci sono diversi laghi bituminosi.
Autori: Michael S. Caterino & Cristina Sandoval. Come sapete, l'olio è una sostanza molto tossica per la maggior parte degli animali. Tuttavia, come larve, le mosche oleose nuotano vicino alla superficie dell'olio e respirano attraverso speciali spiracoli che sporgono sopra la chiazza d'olio. Le mosche mangiano molto olio, ma soprattutto insetti che vi entrano. A volte l'intestino delle mosche è completamente pieno di olio. Finora, gli scienziati non hanno descritto il comportamento di accoppiamento di queste mosche, né il luogo in cui depongono le uova. Tuttavia, si presume che ciò non avvenga all'interno del pool di petrolio.
Lago bituminoso nel ranch di La Brea in California.È interessante notare che la temperatura dell'olio nella piscina può raggiungere i 38°C, ma le larve tollerano facilmente questi cambiamenti. 4. Artemia. Situato nella parte nord-occidentale dello stato americano dello Utah, il Great Salt Lake ha una salinità fino a 270 ppm (per confronto: il mare più salino dell'Oceano Mondiale - il Mar Rosso - ha una salinità di soli 41 ppm ). La salinità estremamente elevata del serbatoio lo rende inadatto alla vita di tutte le creature viventi al suo interno, ad eccezione delle larve di mosche costiere, alcune alghe e artemia salina - minuscoli crostacei.
Questi ultimi, tra l'altro, vivono non solo in questo lago, ma anche in altri corpi idrici la cui salinità non è inferiore a 60 ppm. Questa caratteristica consente ai gamberi di salamoia di evitare la convivenza con la maggior parte delle specie predatorie come i pesci. Questi crostacei hanno un corpo segmentato con un'ampia appendice fogliare all'estremità e di solito non superano i 12 millimetri di lunghezza. Sono ampiamente usati come cibo per pesci d'acquario e anche allevati in acquari. 5. Tardigradi. Queste minuscole creature, di lunghezza non superiore a 1 millimetro, sono gli animali più resistenti al calore. Vivono in luoghi diversi del pianeta. Ad esempio, sono stati trovati nelle sorgenti termali dove la temperatura raggiungeva i 100°C, e sulla cima dell'Himalaya, sotto uno spesso strato di ghiaccio, dove la temperatura era molto al di sotto dello zero. E presto si è scoperto che questi animali sono in grado non solo di sopportare temperature estreme, ma anche di fare a meno di cibo e acqua per più di 10 anni!
Gli scienziati hanno scoperto che la capacità di sospendere il loro metabolismo li aiuta in questo, entrando in uno stato di criptobiosi, quando i processi chimici nel corpo dell'animale si avvicinano allo zero. In questo stato, il contenuto di acqua nel corpo di un tardigrado può scendere all'1%! Inoltre, la capacità di fare a meno dell'acqua dipende in gran parte dall'alto livello di una sostanza speciale nel corpo di questo animale: il trealosio di zucchero non riducente, che protegge le membrane dalla distruzione. È interessante notare che, mentre i tardigradi sono in grado di vivere in ambienti estremi, molte specie possono essere trovate in ambienti più miti come laghi, stagni o praterie. I tardigradi sono più comuni in ambiente umido, nei muschi e nei licheni.
A prima vista, potrebbe sembrare così batteri nelle sorgenti termali non vivere. Tuttavia, la natura dimostra in modo convincente che non è così.
Tutti sanno che l'acqua bolle a 100 gradi Celsius. Fino a poco tempo, la gente credeva che assolutamente nulla sopravvivesse a questa temperatura. Gli scienziati la pensavano così finché, sul fondo dell'Oceano Pacifico, nelle sorgenti termali, non trovarono batteri sconosciuti alla scienza. Si sentono benissimo a 250 gradi!
A grandi profondità, l'acqua non si trasforma in vapore, ma rimane solo acqua, perché lì grande profondità e grande pressione. In acqua di questa temperatura ce ne sono molti sostanze chimiche, che si nutrono dei batteri sopra menzionati. Non è chiaro come gli esseri viventi abbiano messo radici a una tale temperatura, ma sono abituati a viverci in modo tale che se vengono portati a una temperatura inferiore a 80 gradi Celsius, per loro farà freddo.
Come si è scoperto - non il limite per la vita dei batteri - una temperatura di 250 gradi. Nello stesso Oceano Pacifico hanno trovato molto primavera calda, l'acqua in cui raggiunge i 400 gradi. Anche in tali condizioni vivono non solo molti batteri, ma anche alcuni vermi e diversi tipi di molluschi.
Tutti sanno che quando è apparsa la Terra (molti milioni di anni fa), era una normale palla calda. Per secoli, le persone hanno creduto che la vita apparisse sul nostro pianeta quando la Terra si raffreddava. E si credeva anche su altri pianeti, su cui alta temperatura la vita non può esistere. Probabilmente, ora gli scienziati dovranno riconsiderare le loro opinioni in relazione a questo fatto.
Le sorgenti termali, che di solito si trovano nelle aree vulcaniche, hanno una popolazione vivente abbastanza ricca.
Molto tempo fa, quando c'era l'idea più superficiale di batteri e altri esseri inferiori, si è stabilita l'esistenza di una flora e una fauna peculiari nelle terme. Così, ad esempio, nel 1774 Sonnerath riferì la presenza di pesci nelle sorgenti termali dell'Islanda, che avevano una temperatura di 69°. Questa conclusione non è stata successivamente confermata da altri ricercatori in relazione ai termini dell'Islanda, ma in altri luoghi sono state comunque fatte osservazioni simili. Nell'isola d'Ischia, Ehrenberg (1858) notò la presenza di pesci in sorgenti con temperature superiori ai 55°. Hoppe-Seyler (1875) vide anche pesci in acqua con una temperatura anch'essa di circa 55°. Anche supponendo che in tutti i casi segnalati la termografia fosse imprecisa, è comunque possibile trarre una conclusione sulla capacità di alcuni pesci di vivere a temperature piuttosto elevate. Insieme ai pesci, nelle terme si notava talvolta la presenza di rane, vermi e molluschi. In un secondo momento qui furono scoperti anche protozoi.
Nel 1908 fu pubblicato il lavoro di Issel, che stabiliva più in dettaglio i limiti di temperatura per il mondo animale che vive nelle sorgenti termali.
Insieme al mondo animale, la presenza di alghe nei bagni è estremamente facile da stabilire, a volte formando potenti incrostazioni. Secondo Rodina (1945), lo spessore delle alghe accumulate nelle sorgenti termali raggiunge spesso diversi metri.
Abbiamo parlato abbastanza delle associazioni delle alghe termofile e dei fattori che determinano la loro composizione nella sezione “Alghe che vivono ad alte temperature”. Qui ricordiamo solo che le più stabili termicamente sono le alghe blu-verdi, che possono svilupparsi fino ad una temperatura di 80-85°. Le alghe verdi tollerano temperature leggermente superiori ai 60°C, mentre le diatomee smettono di svilupparsi intorno ai 50°C.
Come già notato, le alghe che si sviluppano nelle terme svolgono un ruolo significativo nella formazione di vari tipi di squame, che includono composti minerali.
Le alghe termofile hanno una grande influenza sullo sviluppo della popolazione batterica nelle terme. Durante la loro vita, per esosmosi, rilasciano una certa quantità di composti organici nell'acqua e quando muoiono creano un substrato piuttosto favorevole per i batteri. Non sorprende, quindi, che la popolazione batterica delle acque termali sia più riccamente rappresentata nei luoghi dove si accumulano le alghe.
Passando ai batteri termofili delle sorgenti termali, dobbiamo sottolineare che nel nostro Paese sono stati studiati da non pochi microbiologi. Qui vanno annotati i nomi di Tsiklinskaya (1899), Gubin (1924-1929), Afanasyeva-Kester (1929), Egorova (1936-1940), Volkova (1939), Motherland (1945) e Isachenko (1948).
La maggior parte dei ricercatori che si sono occupati delle sorgenti termali si sono limitati al solo fatto di stabilire in esse una flora batterica. Solo pochi microbiologi si sono soffermati sugli aspetti fondamentali della vita dei batteri nelle terme.
Nella nostra recensione, ci soffermeremo solo sugli studi dell'ultimo gruppo.
I batteri termofili sono stati trovati nelle sorgenti termali di numerosi paesi - Unione Sovietica, Francia, Italia, Germania, Slovacchia, Giappone, ecc. Poiché le acque delle sorgenti termali sono spesso povere di sostanza organica, non sorprende che a volte contengano una quantità molto piccola di batteri saprofiti.
La riproduzione dei batteri che si nutrono autotrofi, tra cui i batteri del ferro e dello zolfo sono abbastanza diffusi nei bagni, è determinata principalmente dalla composizione chimica dell'acqua, oltre che dalla sua temperatura.
Alcuni batteri termofili isolati dalle acque calde sono stati descritti come nuove specie. Queste forme includono: Bac. termofilo filiforme. studiato da Tsiklinskaya (1899), due bastoncelli porta spore - Bac. ludwigi e Bac. ilidzensis capsulatus isolato da Karlinsky (1895), Spirochaeta daxensis isolato da Kantakouzen (1910) e Thiospirillum pistiense isolato da Czurda (1935).
La temperatura dell'acqua delle sorgenti termali influisce fortemente sulla composizione delle specie della popolazione batterica. In acque a temperatura più bassa sono stati rinvenuti cocchi e batteri simili a spirochete (opere di Rodina e Kantakouzena). Tuttavia, anche qui, i bastoncelli sporigeni sono la forma predominante.
Recentemente, l'influenza della temperatura sulla composizione delle specie della popolazione batterica del termine è stata mostrata in modo molto colorato nel lavoro di Rodina (1945), che ha studiato le sorgenti termali di Khoji-Obi-Garm in Tagikistan. La temperatura delle singole sorgenti di questo sistema varia da 50-86°. Collegando, questi termini danno un ruscello, in fondo al quale, in luoghi con una temperatura non superiore a 68 °, è stata osservata una rapida crescita di alghe blu-verdi. In alcuni punti, le alghe formavano strati spessi di diversi colori. In riva all'acqua, sulle pareti laterali delle nicchie, vi erano depositi di zolfo.
In diverse fonti, nel deflusso, così come nello spessore delle alghe blu-verdi, sono stati posti vetri incrostanti per tre giorni. Oltretutto, materiale raccolto seminato su mezzi nutritivi. È stato riscontrato che l'acqua con la temperatura più alta ha batteri prevalentemente a forma di bastoncello. Le forme a forma di cuneo, in particolare somiglianti ad Azotobacter, si presentano a temperature non superiori a 60°. A giudicare da tutti i dati, si può affermare che lo stesso Azotobacter non cresce oltre i 52°C, mentre le grandi cellule rotonde che si trovano nel fouling appartengono ad altri tipi di microbi.
I più resistenti al calore sono alcune forme di batteri che si sviluppano sull'agar carne-peptone, tiobatteri come Tkiobacillus thioparus e desolforanti. Per inciso, vale la pena ricordare che Egorova e Sokolova (1940) hanno trovato Microspira in acqua a una temperatura di 50-60°.
Nel lavoro di Rodina, i batteri che fissano l'azoto non sono stati trovati nell'acqua a 50°C. Tuttavia, durante lo studio dei suoli, sono stati trovati fissatori di azoto anaerobici anche a 77°C e Azotobacter - a 52°C. Ciò suggerisce che l'acqua non è generalmente un substrato adatto per i fissatori di azoto.
Lo studio dei batteri nei terreni delle sorgenti termali ha rivelato la stessa dipendenza della composizione del gruppo dalla temperatura lì come nell'acqua. Tuttavia, la micropopolazione del suolo era numericamente molto più ricca. Sabbioso, povero composti organici i suoli presentavano una micropopolazione piuttosto scarsa, mentre quelli contenenti materia organica di colore scuro erano abbondantemente popolati da batteri. Così, qui è stata rivelata molto chiaramente la relazione tra la composizione del substrato e la natura delle creature microscopiche in esso contenute.
È interessante notare che i batteri termofili che decompongono la cellulosa non sono stati trovati né nell'acqua né nei limi di Rodina. Siamo propensi a spiegare questo punto con difficoltà metodologiche, poiché i batteri termofili che decompongono la cellulosa sono piuttosto esigenti in termini di mezzi nutritivi. Come ha mostrato Imshenetsky, per il loro isolamento sono necessari substrati nutritivi piuttosto specifici.
Nelle sorgenti termali, oltre ai saprofiti, ci sono autotrofi: batteri di zolfo e ferro.
Le osservazioni più antiche sulla possibilità di crescita di batteri dello zolfo nelle terme furono apparentemente fatte da Meyer e Ahrens, e anche da Mioshi. Mioshi osservò lo sviluppo di batteri filamentosi sullo zolfo in sorgenti la cui temperatura dell'acqua raggiungeva i 70°C. Egorova (1936), che studiò le sorgenti sulfuree di Bragun, notò la presenza di batteri solforati anche ad una temperatura dell'acqua di 80°C.
Nel capitolo " caratteristiche generali Caratteristiche morfologiche e fisiologiche dei batteri termofili” abbiamo descritto in modo sufficientemente dettagliato le proprietà dei batteri termofili ferro e zolfo. Non è opportuno ripetere queste informazioni e ci limiteremo qui a ricordare che i singoli generi e persino le specie di batteri autotrofi terminano il loro sviluppo a temperature diverse.
Pertanto, la temperatura massima per i batteri dello zolfo è di circa 80°C. Per i batteri del ferro come Streptothrix ochraceae e Spirillum ferrugineum, Mioshi ha impostato un massimo di 41-45°.
Dufrenois (Dufrencfy, 1921) rinvenuto su sedimenti in acque calde con temperatura di 50-63° batteri ferrosi molto simili a Siderocapsa. Secondo le sue osservazioni, la crescita dei batteri del ferro filamentoso si è verificata solo in acque fredde.
Volkova (1945) osservò lo sviluppo di batteri del genere Gallionella nelle sorgenti minerali del gruppo Pyatigorsk quando la temperatura dell'acqua non superava i 27-32°. Nei bagni a temperatura più alta i batteri del ferro erano completamente assenti.
Confrontando i materiali da noi annotati, dobbiamo involontariamente concludere che in alcuni casi non è la temperatura dell'acqua, ma la sua Composizione chimica determina lo sviluppo di alcuni microrganismi.
I batteri, insieme alle alghe, partecipano attivamente alla formazione di alcuni minerali, bioliti e caustobioliti. Il ruolo dei batteri nella precipitazione del calcio è stato studiato in modo più dettagliato. Questo problema è discusso in dettaglio nella sezione su processi fisiologici causata da batteri termofili.
La conclusione di Volkova merita attenzione. Nota che la “barezina”, che si deposita in una fitta copertura nei corsi d'acqua delle sorgenti delle sorgenti di zolfo di Pyatigorsk, contiene molto zolfo elementare e ha fondamentalmente il micelio di un fungo di muffa del genere Penicillium. Il micelio costituisce lo stroma, che comprende batteri a forma di bastoncello, apparentemente correlati ai batteri dello zolfo.
Brussoff ritiene che anche i batteri a termine prendano parte alla formazione di depositi di acido silicico.
Nei bagni sono stati trovati batteri che riducono i solfati. Secondo Afanasieva-Kester, assomigliano a Microspira aestuarii van Delden e Vibrio thermodesulfurcans Elion. Gubin (1924-1929) espresse una serie di idee sul possibile ruolo di questi batteri nella formazione di acido solfidrico nei bagni.
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.(Fonte: "Dizionario enciclopedico biologico". Caporedattore M. S. Gilyarov; Comitato editoriale: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin e altri - 2a ed., corretta . - M .: Sov. Encyclopedia, 1986.)
- (termo ... gr. phileo love) organismi termofili (prevalentemente microscopici) che possono convivere relativamente alte temperature(fino a 70); i loro habitat naturali sono varie sorgenti termali e acque termali cfr. criofila... ... Dizionario di parole straniere della lingua russa
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