Gli estremofili sono organismi che vivono e prosperano in habitat dove la vita è impossibile per la maggior parte degli altri organismi. Il suffisso (-phil) in greco significa amore. Gli estremofili "amano" vivere condizioni estreme. Hanno la capacità di resistere a condizioni come radiazioni elevate, alta o bassa pressione, pH alto o basso, mancanza di luce, caldo o freddo estremo e siccità estrema.
La maggior parte degli estremofili sono microrganismi come, e. Anche organismi più grandi come vermi, rane e insetti possono vivere in habitat estremi. Esistono diverse classi di estremofili in base al tipo di ambiente in cui prosperano. Eccone alcuni:
Tardigradi o orsi d'acqua possono tollerare diversi tipi di condizioni estreme. Vivono nelle sorgenti calde Ghiaccio antartico, così come in ambienti profondi, sulle vette delle montagne e persino in. I tardigradi si trovano comunemente nei licheni e nei muschi. Si nutrono di cellule vegetali e piccoli invertebrati come nematodi e rotiferi. Gli orsi d'acqua si riproducono, sebbene alcuni si riproducano per partenogenesi.
I tardigradi possono sopravvivere in una varietà di ambienti estremi perché sono in grado di interrompere temporaneamente il loro metabolismo quando le condizioni non sono adatte alla sopravvivenza. Questo processo è chiamato criptobiosi e consente agli orsi acquatici di entrare in uno stato che consentirà loro di sopravvivere in condizioni di estrema aridità, mancanza di ossigeno, freddo estremo, bassa pressione e alta tossicità o radiazioni. I tardigradi possono rimanere in questo stato per diversi anni e uscirne quando l'ambiente diventa abitabile.
L'artemia è un tipo di piccolo crostaceo in grado di vivere in condizioni con concentrazioni di sale estremamente elevate. Questi estremofili vivono in laghi salati, paludi salmastre, mari e coste rocciose. La loro principale fonte di cibo sono le alghe verdi. L'artemia ha branchie che li aiutano a sopravvivere in un ambiente salato assorbendo ed espellendo ioni e producendo urina concentrata. Come i tardigradi, l'artemia salina si riproduce sia sessualmente che asessualmente (attraverso la partenogenesi).
Helicobacter pylori- un batterio che vive nell'ambiente estremamente acido dello stomaco. Questi batteri secernono un'ureasi enzimatica che neutralizza l'acido cloridrico. È noto che altri batteri non sono in grado di resistere all'acidità dello stomaco. Helicobacter pylori sono batteri a spirale che possono scavare nella parete dello stomaco e causare ulcere o persino cancro allo stomaco negli esseri umani. La maggior parte delle persone nel mondo ha questi batteri nello stomaco, secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC), ma generalmente raramente causano malattie.
Gloeocapsa- un genere di cianobatteri che di solito vivono su rocce umide di coste rocciose. Questi batteri contengono clorofilla e sono in grado di farlo. Cellule Gloeocapsa circondato da gusci gelatinosi, che possono essere colorati o incolori. Gli scienziati hanno scoperto che sono in grado di sopravvivere nello spazio per un anno e mezzo. Campioni di roccia contenenti Gloeocapsa, sono stati collocati al di fuori dell'Internazionale stazione Spaziale, e questi microrganismi sono stati in grado di resistere alle condizioni estreme dello spazio, come le fluttuazioni di temperatura, l'esposizione al vuoto e l'esposizione alle radiazioni.
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, talvolta l'esistenza di batteri si riscontra in sorgenti termali a una temperatura di 250°C. In effetti, la maggior parte degli organismi può sopravvivere in un intervallo di temperature ancora più ristretto.
Alcuni tipi di microrganismi, principalmente batteri e alghe, sono in grado di vivere e moltiplicarsi nelle sorgenti calde a temperature vicine al punto di ebollizione. Il limite massimo di temperatura per i batteri delle sorgenti termali è di circa 90°C. La variabilità della temperatura è molto importante dal punto di vista ecologico.
Qualsiasi specie è in grado di vivere solo entro un certo intervallo di temperature, le cosiddette temperature massime e minime letali. Al di là di queste temperature estreme critiche, fredde o calde, si verifica la morte dell'organismo. Da qualche parte tra di loro c'è la temperatura ottimale alla quale è attiva l'attività vitale di tutti gli organismi, la materia vivente nel suo insieme.
Secondo la tolleranza degli organismi a regime di temperatura si dividono in euritermici e stenotermici, cioè in grado di resistere a fluttuazioni di temperatura ampie o strette. Ad esempio, possono vivere licheni e molti batteri temperatura diversa, o orchidee e altre piante amanti del calore delle zone tropicali - sono stenotermiche.
Alcuni animali sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante, indipendentemente dalla temperatura. ambiente. Tali organismi sono chiamati omeotermici. In altri animali, la temperatura corporea cambia a seconda della temperatura ambiente. Si chiamano poichilotermi. 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.
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 ad una diminuzione della superficie relativa del corpo e aiuta a risparmiare calore.
Un esempio di questa regola sono i rappresentanti della famiglia Canine di diverse regioni. Le orecchie più piccole (rispetto alla lunghezza del corpo) e un muso meno allungato in questa famiglia sono nella volpe artica (gamma - Artico), e le orecchie più grandi e il muso stretto e allungato - nella volpe fennec (gamma - Sahara).
Questa regola viene applicata anche in relazione alle popolazioni umane: il naso, le braccia e le gambe più corti (rispetto alle dimensioni del corpo) sono caratteristici dei popoli eschimesi-aleutini (eschimesi, inuit) e Mani lunghe e gambe per carri e tutsi.
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 in climi più freddi - ad alte latitudini o in montagna. Se esistono specie strettamente imparentate (ad esempio, specie dello stesso genere) che non differiscono in modo significativo nella loro dieta e stile di vita, allora più specie di grandi dimensioni trovato anche in climi più rigidi (freddi).
La regola si basa sul presupposto che la produzione totale di calore nelle specie endotermiche dipenda dal volume del corpo e che la velocità di trasferimento del calore dipenda dalla sua superficie. Con un aumento delle dimensioni degli organismi, il volume del corpo cresce più velocemente della sua superficie. Sperimentalmente, questa regola è stata testata per la prima volta su cani di diverse dimensioni. Si è scoperto che la produzione di calore nei cani di piccola taglia è maggiore per unità di massa, ma indipendentemente dalle dimensioni rimane pressoché 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 Sumatra dell'Indonesia. Le sottospecie settentrionali del lupo sono in media più grandi di quelle meridionali. Tra le specie affini del genere orso, le più grandi vivono alle latitudini settentrionali (orso polare, orsi bruni con circa. Kodiak) e le specie più piccole (ad esempio l'orso dagli occhiali) - nelle zone con clima caldo.
Allo stesso tempo, questa regola è stata spesso criticata; si è notato che non può essere di carattere 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, ceteris paribus.
In effetti, ci sono molte eccezioni a questa regola. Così, la razza più piccola del mammut lanoso è conosciuta dall'isola polare di Wrangel; molte sottospecie di lupo della foresta sono più grandi di quelle della tundra (ad esempio, la sottospecie estinta della penisola di Kenai; si presume che le grandi dimensioni possano dare a questi lupi un vantaggio durante la caccia ai grandi alci che abitano la penisola). La sottospecie dell'Estremo Oriente del leopardo che vive sull'Amur è significativamente più piccola di quella africana. Negli esempi forniti, le forme messe a confronto differiscono nel loro modo di vivere (popolazioni insulari e continentali; la sottospecie della tundra, che si nutre di prede più piccole, e la sottospecie della foresta, che si nutre di prede più grandi).
In relazione agli esseri umani, la regola è applicabile in una certa misura (ad esempio, le tribù pigmee, apparentemente, ripetutamente e indipendentemente sono apparse in aree diverse da clima tropicale); tuttavia, a causa delle differenze nelle diete e nei costumi locali, nella migrazione e nella deriva genetica tra le popolazioni, vengono poste restrizioni all'applicabilità di questa regola.
Regola di Gloger consiste nel fatto che tra le forme affini (razze diverse o sottospecie della stessa specie, specie affini) di animali omoiotermi (a sangue caldo), quelli che vivono in ambienti caldi e clima umido, sono di colore più brillante 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 più deboli dei loro parenti subtropicali e foresta pluviale. La regola di Gloger può essere spiegata sia con considerazioni di mascheramento che con l'influenza delle condizioni climatiche sulla sintesi dei pigmenti. In una certa misura, la regola di Gloger si applica anche agli animali ubriachi-kilotermici (a sangue freddo), in particolare agli insetti.
Inizialmente, tutti gli organismi erano acquatici. Dopo aver conquistato la terra, non hanno perso la dipendenza dall'acqua. Parte integrale di tutti gli organismi viventi è l'acqua. L'umidità è la quantità di vapore acqueo presente 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 presente 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 importante fattore ambientale. 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 suolo 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 una vita normale e, viceversa, un organismo che si trova in uno stato normale non può vivere. per molto tempo in aria assolutamente secca, poiché 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 di un 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 in tutto l'habitat a seconda delle loro esigenze: organismi acquatici vivere in acqua tutto il tempo; 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 stenogigri. L'umidità influisce notevolmente sulle funzioni vitali degli organismi, ad esempio il 70% umidità relativa era molto favorevole per la maturazione in campo e la fertilità delle femmine di locuste migratrici. Con una riproduzione favorevole, causano enormi danni economici ai raccolti 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. Le idatofite sono piante acquatiche.
2. Le idrofite sono piante acquatiche terrestri.
3. Hygrophytes - piante terrestri che vivono in condizioni di elevata umidità.
4. I mesofiti sono piante che crescono con un'umidità media.
5. Le xerofite sono piante che crescono con umidità insufficiente. A loro volta si dividono in: piante grasse - piante succulente (cactus); le sclerofite sono piante con foglie strette e piccole, e ripiegate in tubuli. Si dividono anche in euxerofite e stipaxerofite. Le euxerofite sono piante della steppa. Le stipaxerofite sono un gruppo di erbe da tappeto erboso a foglie strette (erba piuma, festuca, gambe sottili, ecc.). A loro volta, i mesofiti sono anche divisi in mesoigrofiti, mesoxerofiti, ecc.
Cedendo in valore alla temperatura, l'umidità è comunque uno dei principali fattori ambientali. In gran parte della storia della fauna selvatica mondo organico era 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 necessitano 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 presente 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 energia solare, nonché alla radiazione termica a onde lunghe dei corpi cosmici.
Entrambi questi fattori determinano condizioni climatiche ambiente (temperatura, velocità 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, attraversando l'atmosfera, è attenuata e non più del 67% della sua energia può raggiungere la superficie terrestre in un mezzogiorno sereno, cioè a mezzogiorno. 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.
Grado di attenuazione luce del sole e la 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(a un'altitudine di circa 25 km). Tale radiazione è pericolosa per un organismo vivente, in particolare per il protoplasma.
Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia; tutte le piante, tranne i batteri, fotosintetizzano, cioè sintetizzare materia organica da sostanze inorganiche (cioè da acqua, sali minerali e CO- Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia, tutte le piante, tranne i batteri 2 - con l'aiuto dell'energia radiante nel processo di assimilazione). Tutti gli organismi dipendono per il cibo da fotosintetizzatori terrestri, ad es. piante portatrici di clorofilla.
La luce come fattore ambientale è suddivisa 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 l'uomo non percepisce. Le farfalle notturne percepiscono bene i raggi ultravioletti. Le api e gli uccelli determinano con precisione la loro posizione e navigare sul terreno anche di notte.
Gli organismi reagiscono fortemente anche all'intensità della luce. In base a queste caratteristiche, le piante sono divise in tre gruppi ecologici:
1. Amanti della luce, amanti del sole o eliofiti - che sono in grado di svilupparsi normalmente solo sotto i raggi del sole.
2. 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, così come ad altri fattori ambientali. In vari organismi la soglia di sensibilità ai fattori ambientali non è la stessa. Ad esempio, la luce intensa inibisce lo sviluppo delle mosche Drosophyll, provocandone anche la morte. A loro non piacciono 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), eurifobici - stenofobici.
il grado di adattabilità di un organismo vivente ai cambiamenti delle condizioni ambientali. E. v. è una proprietà della 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 ampi cambiamenti nella forza del fattore di influenza sono designate da 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 piccoli cambiamenti di questo fattore sono designate da un termine simile con il prefisso "steno" (stenotermico, stenoalino, ecc.). I tipi che possiedono ampia E. in. in relazione a un complesso di fattori, sono chiamati eurybionts (vedi. Eurybionts) in contrapposizione a stenobionts (vedi. Stenobionts), che hanno poca adattabilità. Poiché l'euribiontismo consente di popolare una varietà di habitat e lo stenobiontismo restringe drasticamente 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 euritermici); gli abitanti degli estuari dei fiumi resistono ai mezzi. fluttuazioni della salinità dell'acqua (animali eurialini); esistono numerosi animali in un'ampia gamma di pressioni idrostatiche (eurybats). Molti abitanti terrestri delle latitudini temperate sono in grado di resistere a grandi fluttuazioni stagionali della temperatura.
L'euribiontezza della specie è aumentata dalla capacità di sopportare condizioni sfavorevoli in uno stato di anabiosi (molti batteri, spore e semi di molte piante, piante perenni adulte di latitudini fredde e temperate, gemme svernanti di spugne d'acqua dolce e briozoi, uova di branchiopodi , tardigradi adulti e alcuni rotiferi, ecc.) o ibernazione (alcuni mammiferi).
LA REGOLA DI CHETVERIKOV, di norma, 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 S. S. Chetverikov (1903).
Visualizzazione- questo è un insieme storicamente stabilito di popolazioni di individui simili nelle proprietà morfologiche e fisiologiche, in grado di incrociarsi liberamente e produrre prole fertile, occupando una certa area. Ogni tipo di organismi viventi può essere descritto da un insieme di caratteristiche peculiari, proprietà, denominate caratteristiche della vista. Le caratteristiche di una specie, mediante le quali una specie può essere distinta da un'altra, sono chiamate criteri di specie.
I sette più usati criteri comuni genere:
1. Tipo specifico di organizzazione: popolazione caratteristiche peculiari distinguere gli individui di una data specie da quelli di un'altra.
2. Certezza geografica: l'esistenza di individui di una specie in un particolare luogo del globo; gamma - l'area in cui vivono gli individui di una data specie.
3. Certezza ecologica: gli individui di una specie vivono in uno specifico intervallo di valori di fattori ambientali fisici, come temperatura, umidità, pressione, ecc.
4. Differenziazione: la specie è costituita da piccoli gruppi di individui.
5. Discretezza: gli individui di questa specie sono separati dagli individui di un'altra da un gap - iato.Lo iato è determinato dall'azione di meccanismi di isolamento, come una discrepanza nei periodi di riproduzione, l'uso di specifiche reazioni comportamentali, 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 alto, 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 nel suo raggio d'azione si trova solo in luoghi umidi e ombrosi con terreno fertile, formando boschetti nelle pianure alluvionali di fiumi, torrenti, intorno ai laghi, lungo la periferia delle paludi, in foreste miste e boschetti di arbusti. Colonie della talpa europea, ben visibili sui cumuli di terra, si trovano ai margini dei boschi, prati e campi. Adatto alla vita
sebbene gli habitat si trovino spesso all'interno dell'areale, non coprono l'intero areale, e quindi individui di questa specie non si trovano in altre parti di esso. Non ha senso cercare ortiche pineta o una talpa in una palude.
Pertanto, la distribuzione irregolare delle specie nello spazio si esprime sotto forma di "isole di densità", "gruppi". 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, da lungo tempo (un gran numero di generazioni) che abitano un certo spazio (parte dell'areale), e isolati da altre popolazioni simili.
All'interno della popolazione viene praticamente effettuato l'attraversamento gratuito (panmixia). In altre parole, una popolazione è un gruppo di individui che si legano liberamente tra loro, che vivono a lungo in un certo territorio e sono 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 popolazioni diverse si incrociano liberamente tra loro,
2) gli individui di diverse popolazioni differiscono poco gli uni dagli altri,
3) non c'è divario tra due popolazioni vicine, cioè c'è una transizione graduale tra loro.
Processo di speciazione. Supponiamo che una data specie occupi una certa area, determinata dalla natura della sua dieta. Come risultato della divergenza tra gli individui, la gamma aumenta. La nuova area conterrà aree con varie piante foraggere, proprietà fisiche e chimiche ecc. Individui che si trovano in parti diverse dell'areale formano popolazioni. In futuro, come risultato delle differenze sempre crescenti tra gli individui delle popolazioni, diventerà sempre più chiaro che gli individui di una popolazione differiscono in qualche modo dagli individui di un'altra popolazione. C'è un processo di divergenza delle popolazioni. Le mutazioni si accumulano in ciascuna di esse.
I rappresentanti di qualsiasi specie nella parte locale dell'areale formano una popolazione locale. Lo è la totalità delle popolazioni locali associate ad aree dell'areale omogenee per condizioni di vita 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'areale di una specie associata a determinati confini geografici sono chiamate popolazioni geografiche.
Le dimensioni e i confini delle popolazioni possono cambiare drasticamente. Durante le epidemie 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 qualche elemento è spesso assente in natura.
Le mutazioni che si verificano negli individui di ciascuna sottospecie non possono da sole portare alla formazione di nuove specie. La ragione sta nel fatto che questa mutazione vagherà attraverso la popolazione, poiché gli individui di sottospecie, come sappiamo, non sono isolati riproduttivamente. 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 è recessiva e non appare fenotipicamente. Al raggiungimento di un'alta 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 è ancora di importanza decisiva per il processo di speciazione, perché le popolazioni naturali sono aperte e vi vengono costantemente introdotti geni alieni provenienti da popolazioni vicine.
Esiste 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 rifornimento 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 radicalmente fintanto che 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.
Come risultato 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 genetico della popolazione figlia dal pool genetico 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 rottura 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 ridotto, esiste il pericolo di consanguineità, degenerazione associata alla consanguineità. La speciazione basata sull'isolamento spaziale è detta geografica.
La forma temporanea di isolamento include un cambiamento nei tempi della 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 autoregolarsi e mantenere 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 esame 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 a una determinata temperatura, altri a una temperatura più bassa e altri ancora a una temperatura più alta.Pertanto, si può dare un'altra definizione di popolazione: per sopravvivere e dare prole, tutti i viventi organismi devono, nelle condizioni di regimi ambientali dinamici, fattori esistere sotto forma di raggruppamenti, o popolazioni, vale a dire un insieme di individui che convivono con un'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 consiste di una o più popolazioni, e una popolazione è quindi la forma di esistenza di una specie, la sua più piccola unità evolutiva. 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 dati sono contraddittori. Resta comunque 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- Qualche decina.
Il numero non dovrebbe scendere al di sotto dei limiti oltre i quali la probabilità di incontrare partner sessuali si riduce drasticamente. Il numero critico dipende anche da altri fattori. Ad esempio, per alcuni organismi, uno stile di vita di gruppo è specifico (colonie, greggi, mandrie). I gruppi all'interno di una popolazione sono relativamente isolati. Potrebbero esserci casi in cui la dimensione della popolazione nel suo insieme è ancora piuttosto ampia e il numero di singoli gruppi è ridotto al di sotto dei limiti critici.
Ad esempio, una colonia (gruppo) del cormorano peruviano dovrebbe avere una popolazione di almeno 10 mila individui e una mandria renna- 300 - 400 teste. Comprendere i meccanismi di funzionamento e affrontare i problemi relativi all'utilizzo delle popolazioni Grande importanza avere informazioni sulla loro struttura. Ci sono genere, età, territoriali e altri tipi di struttura. In termini teorici e applicati, i dati sulla struttura dell'età sono i più importanti: il rapporto tra individui (spesso combinati in gruppi) di età diverse.
Gli animali sono suddivisi nelle seguenti fasce 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 massima 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 precedentemente assenti nell'area. In questo caso, le popolazioni di solito trovano e occupano una nicchia ecologica libera e realizzano il loro potenziale riproduttivo, aumentando intensamente il loro numero.Se la popolazione è in uno stato normale o vicino alla normalità, una persona può rimuovere da essa il numero di individui (negli animali ) o la biomassa (nelle piante), che aumenta nel lasso di tempo tra i sequestri. Prima di tutto, gli individui in età post-produttiva (riproduzione completata) dovrebbero essere ritirati. Se l'obiettivo è ottenere un determinato prodotto, l'età, il sesso e altre caratteristiche delle popolazioni vengono adattate tenendo conto dell'attività.
Sfruttamento delle popolazioni comunità vegetali(ad esempio, per ottenere il legno), solitamente coincide con il periodo di rallentamento della crescita legato all'età (accumulo di produzione). Questo periodo di solito coincide con il massimo accumulo di massa legnosa per unità di superficie. La popolazione è anche caratterizzata da un certo rapporto tra i sessi e il rapporto tra maschi e femmine non è uguale a 1:1. Sono noti casi di netta predominanza di un sesso o di un altro, alternanza di generazioni con assenza di maschi. Ogni popolazione può anche avere una struttura spaziale complessa, (suddividendosi in gruppi gerarchici più o meno grandi - da quelli geografici a quelli elementari (micropopolazioni).
Quindi, se il tasso di mortalità non dipende dall'età degli individui, allora la curva di sopravvivenza è una linea decrescente (vedi figura, tipo I). Cioè, la morte degli individui avviene uniformemente 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 fattori esterni nella mortalità è piccola, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da una leggera diminuzione fino a una certa età, dopodiché si verifica un forte calo dovuto alla mortalità naturale (fisiologica).
Tipo II nella figura. Una curva di sopravvivenza vicina a questo tipo è caratteristica degli esseri umani (sebbene la curva di sopravvivenza umana sia in qualche modo 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 Drosophila dimostra in condizioni di laboratorio (non mangiato dai predatori). Molte specie sono caratterizzate da un'elevata mortalità fasi iniziali ontogenesi. In tali specie, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da un forte calo nella regione delle età più giovani. Gli individui che sono sopravvissuti all'età "critica" dimostrano una bassa mortalità e vivono a lungo. Il tipo è chiamato il tipo di ostrica. Tipo III nella figura. Lo studio delle curve di sopravvivenza è di grande interesse per l'ecologo. Ti permette di giudicare a quale età una particolare specie è più vulnerabile. Se l'azione delle cause che possono modificare il tasso di natalità o la mortalità cade sullo stadio più vulnerabile, allora la loro influenza sul successivo sviluppo della popolazione sarà massima. Questo schema 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 il corrispondente struttura della popolazione : spaziale, sesso, età, ecc. La struttura si forma, da un lato, sulla base delle proprietà biologiche generali della specie e, dall'altro, sotto l'influenza di fattori ambientali abiotici e popolazioni di altre specie.
La struttura della popolazione ha quindi un carattere adattativo. Diverse popolazioni della stessa specie hanno sia caratteristiche simili che caratteristiche distintive che caratterizzano le specificità delle condizioni ambientali nei loro habitat.
In generale, oltre alle capacità adattative degli individui, in alcuni territori si formano caratteristiche adattative dell'adattamento di gruppo della popolazione come sistema sovraindividuale, il che indica che le caratteristiche adattative della popolazione sono molto più elevate di quelle degli individui che lo compongono.
Composizione per età- Esso ha importanza per la sopravvivenza della popolazione. Durata media la vita degli organismi e il rapporto tra il numero (o biomassa) di individui di età diverse è caratterizzato dalla struttura per età della popolazione. La formazione della struttura per 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 in grado 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 classi di età e mantiene una composizione per età più o meno stabile. Nelle popolazioni in rapida crescita predominano gli individui giovani, mentre nelle popolazioni in declino predominano quelli anziani, non più in grado di riprodursi in modo intensivo. Tali popolazioni sono improduttive e non abbastanza 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 allo stadio di piantina in primavera, quindi fioriscono quasi contemporaneamente e producono semi in autunno.
Nelle specie da complessa struttura per 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 influenzano la riproduzione o la mortalità in un determinato anno. Condizioni estreme possono portare alla morte delle fasce di età più vulnerabili, ma le 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 di 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 sessuali 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 luminoso 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 originale viene presto interrotto a causa delle differenze fisiologiche, comportamentali ed ecologiche tra maschi e femmine, causando una mortalità disomogenea.
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 pescare, sparare agli animali, salvare i raccolti dalle invasioni di locuste e in altri casi.
A prima vista potrebbe sembrare così batteri nelle sorgenti calde 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 fa, le persone credevano che assolutamente nulla sopravvivesse a questa temperatura. Gli scienziati lo pensavano fino a quando, sul fondo dell'Oceano Pacifico, nelle sorgenti termali, non hanno trovato batteri sconosciuti alla scienza. Si sentono benissimo a 250 gradi!
Sul grande 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 vivere lì 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 l'oceano Pacifico 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 (è stato un sacco di 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 fosse raffreddata. E si credeva anche che su altri pianeti, su cui alta temperatura la vita non può esistere. Probabilmente, gli scienziati dovranno ora riconsiderare le loro opinioni in relazione a questo fatto.
