الموئل- هذا هو ذلك الجزء من الطبيعة الذي يحيط بالكائن الحي والذي يتفاعل معه بشكل مباشر. إن مكونات وخصائص البيئة متنوعة ومتغيرة. يعيش أي كائن حي في عالم معقد ومتغير، ويتكيف معه باستمرار وينظم نشاط حياته بما يتوافق مع تغيراته.

تسمى تكيفات الكائنات الحية مع البيئة بالتكيفات. تعد القدرة على التكيف إحدى الخصائص الرئيسية للحياة بشكل عام، لأنها توفر إمكانية وجودها، وقدرة الكائنات الحية على البقاء والتكاثر. تتجلى عمليات التكيف على مستويات مختلفة: من الكيمياء الحيوية للخلايا وسلوك الكائنات الحية الفردية إلى بنية وأداء المجتمعات والأنظمة البيئية. تنشأ التكيفات وتتغير أثناء تطور الأنواع. تسمى الخصائص الفردية أو عناصر البيئة التي تؤثر على الكائنات الحية بالعوامل البيئية. العوامل البيئية متنوعة. ويمكن أن تكون ضرورية، أو على العكس من ذلك، ضارة بالكائنات الحية، أو تعزز أو تعيق البقاء والتكاثر. العوامل البيئية لها طبيعة مختلفة وإجراءات محددة. تنقسم العوامل البيئية إلى غير حيوية وأحيائية وبشرية المنشأ.

في مجموعة العوامل، يمكننا تحديد بعض الأنماط التي تعتبر عالمية (عامة) إلى حد كبير فيما يتعلق بالكائنات الحية. وتشمل هذه الأنماط قاعدة الأمثل، وقاعدة تفاعل العوامل، وقاعدة العوامل المحددة وبعض الآخرين.

القاعدة الأمثل.وفقًا لهذه القاعدة، بالنسبة لكائن حي أو لمرحلة معينة من تطوره، هناك نطاق من قيمة العامل الأكثر ملاءمة (الأمثل). كلما زاد انحراف عمل العامل عن المستوى الأمثل، كلما زاد تثبيط هذا العامل للنشاط الحيوي للكائن الحي. ويسمى هذا النطاق منطقة التثبيط. إن القيم القصوى والدنيا المسموح بها لعامل ما هي نقاط حرجة لا يعد بعدها وجود الكائن ممكنا.

عادة ما تقتصر الكثافة السكانية القصوى على المنطقة المثلى. المناطق المثالية للكائنات المختلفة ليست هي نفسها. كلما اتسع نطاق تقلبات العوامل التي يستطيع الكائن الحي من خلالها الحفاظ على حيويته، كلما زاد استقراره، أي. التسامح مع عامل أو آخر (من اللاتينية التسامح - الصبر). تنتمي الكائنات الحية ذات سعة المقاومة الواسعة إلى مجموعة eurybionts (اليورية اليونانية - واسعة، السير - الحياة). تسمى الكائنات الحية ذات نطاق ضيق من التكيف مع العوامل stenobionts(ستينوس يوناني - ضيق). من المهم التأكيد على أن المناطق المثلى تختلف فيما يتعلق بالعوامل المختلفة، وبالتالي تظهر الكائنات الحية إمكاناتها بشكل كامل إذا كانت موجودة في ظل ظروف مجموعة كاملة من العوامل ذات القيم المثلى.

قانون تفاعل العوامل. يكمن جوهرها في حقيقة أن بعض العوامل يمكن أن تعزز أو تخفف من تأثير العوامل الأخرى. على سبيل المثال، يمكن تخفيف الحرارة الزائدة إلى حد ما عن طريق انخفاض رطوبة الهواء، ويمكن تعويض نقص الضوء لعملية التمثيل الضوئي في النبات عن طريق زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء، وما إلى ذلك. ومع ذلك، لا يعني ذلك أن العوامل يمكن تبادلها. أنها ليست قابلة للتبديل.

قاعدة العوامل المقيدة.جوهر هذه القاعدة هو أن العامل الذي يكون ناقصًا أو زائدًا (بالقرب من النقاط الحرجة) يؤثر سلبًا على الكائنات الحية، بالإضافة إلى ذلك، يحد من إمكانية ظهور قوة العوامل الأخرى، بما في ذلك تلك الموجودة في المستوى الأمثل. تحدد العوامل المحددة عادة حدود توزيع الأنواع وموائلها. إنتاجية الكائنات الحية تعتمد عليها.

من خلال أنشطته، غالبا ما ينتهك الشخص تقريبا جميع أنماط عمل العوامل المدرجة. وينطبق هذا بشكل خاص على العوامل المقيدة (تدمير الموائل، وتعطيل المياه والتغذية المعدنية، وما إلى ذلك).

علم البيئة(من الكلمة اليونانية "oikos" - مسكن و "logos" - علم) - علم يدرس أنماط العلاقات بين الكائنات الحية والبيئة، وأسلوب حياة الحيوانات والنباتات، وإنتاجيتها، والتغيرات في أعدادها، وتكوين الأنواع .

العوامل البيئية

بيئة المعيشة- هذا هو الجزء من الطبيعة الذي تعيش فيه الكائنات الحية. هناك ثلاث بيئات للحياة - الماء والهواء والتربة. الماء هو البيئة الأساسية للكائنات الحية، حيث نشأت الحياة فيه. يمكن للكائنات الحية أن تعيش في بيئة واحدة (الأسماك - في الماء)، وفي بيئتين (النباتات الأرضية في الهواء والتربة) وحتى في ثلاث بيئات (النباتات المائية الساحلية - في التربة والماء والهواء). تنتقل بعض الكائنات الحية بشكل دوري من بيئة إلى أخرى (الحشرات ذات اليرقات المائية والبرمائيات). تسمى العناصر الفردية للبيئة التي تتفاعل مع الكائنات الحية العوامل البيئية.

بطبيعتها، هناك مجموعتان من العوامل:

1. غير العضوية، أو العوامل غير الحيوية:درجة الحرارة، الضوء، الماء، الهواء، الرياح، الملوحة وكثافة البيئة، الإشعاعات المؤينة؛
2. العوامل الحيوية،المرتبطة بالعيش معًا، والتأثير المتبادل للحيوانات والنباتات على بعضها البعض.
3. كما أنها تسليط الضوء على العامل البشري- تأثير الإنسان على الطبيعة. كل عامل من العوامل البيئية لا يمكن الاستغناء عنه. وبالتالي لا يمكن تعويض نقص الحرارة بكثرة الضوء، ولا يمكن استبدال العناصر المعدنية اللازمة لتغذية النبات بالماء.

تسمى شدة العامل الأكثر ملاءمة لنشاط الحياة بالمثالي أو الأمثل.

الحدود التي يكون من المستحيل بعدها وجود الكائن الحي تسمى الدنيا والعليا حدود التحمل.

العوامل غير الحيوية

اشعاع شمسيبمثابة المصدر الرئيسي للطاقة لجميع العمليات التي تحدث على الأرض. التأثير البيولوجي للضوء متنوع ويتم تحديده من خلال تركيبه الطيفي وكثافته وتكرار الإضاءة.

يشمل طيف الإشعاع الشمسي الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء.

الأشعة فوق البنفسجية التي يبلغ طولها الموجي 0.29 ميكرون مدمرة لجميع الكائنات الحية، وتحتفظ بها طبقة الأوزون في الغلاف الجوي. الأشعة فوق البنفسجية الأطول (0.3-0.4 ميكرون) نشطة كيميائيًا للغاية. بجرعات صغيرة، تكون الأشعة فوق البنفسجية مفيدة.

تعتبر الأشعة المرئية (الطول الموجي 0.4-0.75 ميكرون) ذات أهمية خاصة للكائنات الحية. تقوم النباتات الخضراء بتصنيع المواد العضوية. بالنسبة لمعظم الحيوانات، يعد الضوء المرئي أحد العوامل البيئية المهمة.

تعد الأشعة تحت الحمراء (الطول الموجي أكبر من 0.75 ميكرون) مصدرًا مهمًا للطاقة الحرارية.

درجة حرارة- عامل مهم يؤثر على العمليات الحيوية للكائنات الحية: النمو، والتنمية، والتكاثر، والتنفس، وتوليف المواد العضوية، وما إلى ذلك. وتعتمد درجة الحرارة المثلى على الظروف المعيشية للأنواع؛ بالنسبة لمعظم الحيوانات والنباتات الأرضية، يتقلب ضمن حدود ضيقة إلى حد ما (15-30 درجة مئوية). تسمى الكائنات الحية ذات درجة حرارة الجسم غير المستقرة بدم بارد. فيها، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تسريع العمليات الفسيولوجية. ومع ذلك، فإن هذه الكائنات لديها تكيفات ضد ارتفاع درجة الحرارة (وجود الثغور في النباتات، والتبخر من خلال الجلد في الحيوانات).

اكتسبت الطيور والثدييات التنظيم الحراري الأكثر تقدما في عملية التطور، أي. ذوات الدم الحارالحيوانات، وذلك بسبب تكوين قلب من أربع غرف. وهذا يضمن وجودهم بغض النظر عن ظروف درجة الحرارة البيئية ويسمح لهم بالاستقرار في جميع أنحاء العالم.

ماء- عنصر لا غنى عنه في الكائنات الحية، وهو عامل مناخي مهم، لأنه بمثابة الوسيلة الرئيسية لتنظيم درجة الحرارة على سطح الأرض. يتم التعبير بوضوح عن التكيف مع نقص الرطوبة بين سكان السهوب القاحلة والصحاري (أشواك الأوراق المعدلة ونظام الجذر المتطور والضغط الأسموزي العالي). بعض النباتات (الصبار، السيدوم، الشباب) لها أوراق وسيقان سمين وتكون قادرة على الاحتفاظ بالمياه لفترة طويلة. تمكنت النباتات الأخرى (الزنبق، الخشخاش، بصل الأوز، وما إلى ذلك) من النمو والازدهار في فترة قصيرة من الربيع، عندما لا تزال هناك رطوبة كافية في التربة. إن قدرة هذه النباتات على الانغماس في حالة من السكون الفسيولوجي العميق لها أهمية تكيفية كبيرة.

ترتبط التغيرات الموسمية في الظروف الخارجية بالتغيرات في أهم عوامل الحياة - درجة الحرارة والإضاءة والرطوبة. يتميز سكان خطوط العرض المعتدلة بدورات التنمية الموسمية.

في الربيع، عندما ترتفع درجة الحرارة والإضاءة، لوحظ نشاط الحياة النشط للكائنات الحية: تنمو النباتات وتزدهر، وتطير الطيور، وما إلى ذلك. في الصيف، تنضج بذور النباتات، وتلد معظم الحيوانات. في الخريف، تبدأ الكائنات الحية في الاستعداد لظروف الشتاء غير المواتية: تخزن النباتات العناصر الغذائية، وتتساقط الحيوانات، وما إلى ذلك. وفي الشتاء، عند درجات حرارة منخفضة، يبدأ السكون العميق. هذه الظاهرة مميزة بشكل خاص للنباتات وبعض الحيوانات.

كل كائن حي لديه تكيفات معينة لتحمل درجات الحرارة المنخفضة. علاوة على ذلك، تزداد مقاومة النباتات والحشرات للصقيع خلال فصل الشتاء. تسمى تصلب بارد. يؤدي التبريد العميق إلى توقف مؤقت وقابل للعكس للحياة. هذا الشرط يسمى الرسوم المتحركة المعلقة. في الطيور والثدييات، لا تحدث حالة من Anabiosis الكامل، لأنها لا تتكيف مع انخفاض حرارة الجسم. لقد طوروا تكيفات أخرى لتحمل فصل الشتاء (الهجرات الموسمية، وما إلى ذلك).

في تنظيم الدورات الموسمية في معظم النباتات والحيوانات، تلعب التغيرات في طول النهار والليل الدور الرئيسي. يسمى رد الفعل على طول الفترة الضوئية لليوم الدورة الضوئية.

الفترة الضوئية- هذا تكيف عام ومهم ينظم الظواهر الموسمية في مجموعة واسعة من الكائنات الحية. يرتبط التغير في طول اليوم دائمًا ارتباطًا وثيقًا بالتغير السنوي في درجات الحرارة ويسبق تغيره، وبعد قصر اليوم، تنخفض درجة الحرارة أيضًا. خلال العام، يتغير طول اليوم بشكل منتظم ولا يخضع لتقلبات عشوائية. لذلك، يعد طول اليوم بمثابة نذير فلكي دقيق للتغيرات الموسمية. إن فهم دور طول النهار وتنظيم الظواهر الموسمية يفتح فرصًا كبيرة للفهم العلمي لتطور النباتات والحيوانات.

محاضرة رقم 6

1. العوامل الحيوية

1.1. مفهوم وأنواع العوامل الحيوية.

1.2. العوامل الحيوية للبيئات الأرضية والمائية والتربة

1.3. المواد النشطة بيولوجيا للكائنات الحية

1.4. العوامل البشرية

2. الأنماط العامة للتفاعل بين الكائنات الحية والعوامل البيئية

2.1. مفهوم العامل المحدود. قانون ليبج للحد الأدنى، قانون شيلفورد

2.2. تفاصيل تأثير العوامل البشرية على الجسم

2.3. تصنيف الكائنات الحية بالنسبة للعوامل البيئية

العوامل الحيوية

تتمثل التفاعلات غير المباشرة في حقيقة أن بعض الكائنات الحية تشكل بيئة بالنسبة للآخرين، والأولوية هنا تنتمي بالطبع إلى نباتات التمثيل الضوئي. على سبيل المثال، فإن وظيفة الغابات في تشكيل البيئة المحلية والعالمية، بما في ذلك دورها في حماية التربة والحقول وحماية المياه، معروفة جيداً. مباشرة في ظروف الغابات، يتم إنشاء مناخ محلي فريد من نوعه، والذي يعتمد على الخصائص المورفولوجية للأشجار ويسمح لحيوانات الغابات المحددة والنباتات العشبية والطحالب وما إلى ذلك بالعيش هنا. تمثل ظروف سهوب ريش العشب أنظمة مختلفة تمامًا من العوامل غير الحيوية. في الخزانات والمجاري المائية، تعد النباتات المصدر الرئيسي لمكون غير حيوي مهم في البيئة مثل الأكسجين.

وفي الوقت نفسه، تعمل النباتات كموطن مباشر للكائنات الحية الأخرى. على سبيل المثال، تتطور العديد من الفطريات في أنسجة الشجرة (الخشب، اللحاء، اللحاء)، ويمكن رؤية أجسامها المثمرة (فطريات الاشتعال) على سطح الجذع؛ تعيش العديد من الحشرات واللافقاريات الأخرى داخل أوراق وثمار وسيقان النباتات العشبية والخشبية، وتعد تجاويف الأشجار الموطن المعتاد لعدد من الثدييات والطيور. بالنسبة للعديد من أنواع الحيوانات السرية، يتم دمج مكان التغذية مع موطنها.

التفاعلات بين الكائنات الحية في البيئات الأرضية والمائية

يتم تصنيف التفاعلات بين الكائنات الحية (الحيوانات بشكل رئيسي) من حيث ردود أفعالها المتبادلة.

هناك متماثل (من اليونانية. هوموس- ردود الفعل المتطابقة، أي التفاعلات بين الأفراد ومجموعات الأفراد من نفس النوع، والنمط المتغاير (من اليونانية. مغاير- مختلف، مختلف) - التفاعلات بين ممثلي الأنواع المختلفة. من بين الحيوانات، هناك أنواع قادرة على التغذية على نوع واحد فقط من الطعام (العاثيات الأحادية)، أو على مجموعة محدودة إلى حد ما من مصادر الغذاء (العاثيات الضيقة أو الواسعة)، أو على العديد من الأنواع، ليس فقط باستخدام النباتات ولكن أيضًا باستخدام الحيوانات. الأنسجة الغذائية (polyphags). وتشمل الأخيرة، على سبيل المثال، العديد من الطيور القادرة على أكل الحشرات وبذور النباتات، أو الأنواع المعروفة مثل الدب، وهو حيوان مفترس بطبيعته، ولكنه يأكل التوت والعسل عن طيب خاطر.

النوع الأكثر شيوعًا للتفاعلات غير المتجانسة بين الحيوانات هو الافتراس، أي المطاردة المباشرة لبعض الأنواع واستهلاكها من قبل الآخرين، على سبيل المثال الحشرات - الطيور، ذوات الحوافر العاشبة - الحيوانات المفترسة آكلة اللحوم، الأسماك الصغيرة - الكبيرة، إلخ. ينتشر الافتراس على نطاق واسع بين اللافقاريات الحيوانات - الحشرات والعناكب والديدان وما إلى ذلك.

تشمل الأشكال الأخرى للتفاعلات بين الكائنات الحية التلقيح المعروف للنباتات بواسطة الحيوانات (الحشرات)؛ فوريسيا، أي. النقل من نوع إلى آخر (على سبيل المثال، بذور النباتات عن طريق الطيور والثدييات)؛ التعايش (الأكل الشائع)، عندما تتغذى بعض الكائنات على بقايا طعام أو إفرازات كائنات أخرى، ومن الأمثلة عليها الضباع والنسور التي تلتهم بقايا طعام الأسود؛ Synoikia (المعاشرة)، على سبيل المثال، استخدام بعض الحيوانات للموائل (الجحور، أعشاش) الحيوانات الأخرى؛ الحياد، أي الاستقلال المتبادل بين الأنواع المختلفة التي تعيش في منطقة مشتركة.

أحد أهم أنواع التفاعل بين الكائنات الحية هو المنافسة، والتي يتم تعريفها على أنها رغبة نوعين (أو أفراد من نفس النوع) في امتلاك نفس المورد. وهكذا، يتم التمييز بين المنافسة بين الأنواع وبين الأنواع. تعتبر المنافسة بين الأنواع أيضًا بمثابة رغبة أحد الأنواع في إزاحة نوع آخر (منافس) من موطن معين.

ومع ذلك، من الصعب العثور على دليل حقيقي على المنافسة في الظروف الطبيعية (وليست التجريبية). بالطبع، قد يحاول شخصان مختلفان من نفس النوع تناول قطع من اللحوم أو الأطعمة الأخرى من بعضهما البعض، ولكن يتم تفسير هذه الظواهر من خلال الجودة المختلفة للأفراد أنفسهم، وقدرتهم المختلفة على التكيف مع نفس العوامل البيئية. أي نوع من الكائنات الحية لا يتكيف مع عامل معين، بل مع تعقيداته، ولا تتطابق متطلبات نوعين مختلفين (حتى قريبين). وعلى هذا فإن أحدهما سوف يضطر إلى الخروج في البيئة الطبيعية ليس بسبب الطموحات التنافسية للآخر، بل لأنه ببساطة أقل تكيفاً مع عوامل أخرى. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك "التنافس" على الضوء بين الأشجار الصنوبرية وأشجار الأوراق المتساقطة. أنواع الأشجار في المدرجات الصغيرة.

تتفوق الأشجار المتساقطة (أسبن، البتولا) على الصنوبر أو التنوب في النمو، لكن هذا لا يمكن اعتباره منافسة بينهما: فالأولى تتكيف بشكل أفضل مع ظروف المقاصة والمناطق المحترقة من الثانية. سنوات عديدة من العمل على تدمير "الأعشاب" المتساقطة بمساعدة مبيدات الأعشاب ومبيدات الأشجار (المستحضرات الكيميائية لتدمير النباتات العشبية والشجيرات) ، كقاعدة عامة ، لم تؤد إلى "انتصار" الصنوبريات ، لأنه ليس فقط إمدادات الضوء، ولكن أيضًا العديد من العوامل الأخرى (مثل الحيوية واللاأحيائية) لم تلبي متطلباتها.

ويجب على الإنسان أن يأخذ كل هذه الظروف بعين الاعتبار عند إدارة الحياة البرية، وعند استغلال الحيوانات والنباتات، أي عند صيد الأسماك أو القيام بالأنشطة الاقتصادية مثل وقاية النباتات في الزراعة.

العوامل الحيوية للتربة

كما ذكر أعلاه، التربة هي جسم خامل حيويا. تلعب الكائنات الحية دورًا حيويًا في عمليات تكوينها وعملها. وتشمل هذه، في المقام الأول، النباتات الخضراء التي تستخرج المواد الكيميائية المغذية من التربة وتعيدها مرة أخرى مع الأنسجة الميتة.

ولكن في عمليات تكوين التربة، تلعب الكائنات الحية (pedobionts) التي تعيش في التربة دورًا حاسمًا: الميكروبات واللافقاريات وما إلى ذلك. تلعب الكائنات الحية الدقيقة دورًا رائدًا في تحويل المركبات الكيميائية، وهجرة العناصر الكيميائية، وتغذية النبات. .

يتم التدمير الأولي للمواد العضوية الميتة بواسطة الحيوانات اللافقارية (الديدان والرخويات والحشرات وما إلى ذلك) في عملية التغذية وإفراز المنتجات الهضمية في التربة. يتم احتجاز الكربون الضوئي في التربة في بعض أنواع التربة بواسطة الطحالب الخضراء والطحالب الخضراء المزرقة المجهرية.

تقوم الكائنات الحية الدقيقة في التربة بالتدمير الرئيسي للمعادن وتؤدي إلى تكوين الأحماض العضوية والمعدنية والقلويات وإطلاق الإنزيمات والسكريات والمركبات الفينولية المصنعة بواسطتها.

إن الرابط الأكثر أهمية في دورة النيتروجين البيوجيوكيميائية هو تثبيت النيتروجين، والذي يتم بواسطة البكتيريا المثبتة للنيتروجين. ومن المعروف أن إجمالي إنتاج تثبيت النيتروجين بواسطة الميكروبات يتراوح بين 160-170 مليون طن/سنة. ومن الضروري أيضًا أن نذكر أن تثبيت النيتروجين، كقاعدة عامة، يكون تكافليًا (مشتركًا مع النباتات)، ويتم تنفيذه بواسطة البكتيريا العقدية الموجودة على جذور النباتات.

المواد النشطة بيولوجيا للكائنات الحية

تشمل العوامل البيئية ذات الطبيعة الحيوية المركبات الكيميائية التي تنتجها الكائنات الحية بشكل نشط. وهي، على وجه الخصوص، المبيدات النباتية - وهي في الغالب مواد متطايرة تنتجها الكائنات الحية عن طريق النباتات التي تقتل الكائنات الحية الدقيقة أو تثبط نموها. وتشمل هذه جليكوسيدات، terpenoids، الفينولات، العفص والعديد من المواد الأخرى. على سبيل المثال، يطلق هكتار واحد من الغابات المتساقطة حوالي 2 كجم من المواد المتطايرة يوميًا، والغابات الصنوبرية - ما يصل إلى 5 كجم، وغابات العرعر - حوالي 30 كجم. ولذلك، فإن هواء النظم البيئية للغابات له أهمية صحية وصحية بالغة، حيث يقتل الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب أمراضًا بشرية خطيرة. بالنسبة للنبات، تعمل المبيدات النباتية كحماية ضد الالتهابات البكتيرية والفطرية والطفيليات. النباتات قادرة على إنتاج مواد وقائية استجابة للعدوى بالفطريات المسببة للأمراض.

يمكن للمواد المتطايرة من بعض النباتات أن تكون بمثابة وسيلة لتحل محل النباتات الأخرى. يسمى التأثير المتبادل للنباتات من خلال إطلاق المواد الفعالة من الناحية الفسيولوجية في البيئة بالاعتلال الأليلي (من الكلمة اليونانية. allelon- بشكل متبادل، شفقة- معاناة).

تسمى المواد العضوية التي تنتجها الكائنات الحية الدقيقة والتي لها القدرة على قتل الميكروبات (أو تثبيط نموها) بالمضادات الحيوية؛ والمثال النموذجي هو البنسلين. وتشمل المضادات الحيوية أيضًا المواد المضادة للبكتيريا الموجودة في الخلايا النباتية والحيوانية.

توجد قلويدات خطيرة لها تأثيرات سامة ومؤثرات عقلية في العديد من أنواع الفطر والنباتات العليا. يمكن أن يحدث الصداع الشديد والغثيان وحتى فقدان الوعي نتيجة لإقامة الشخص لفترة طويلة في مستنقع إكليل الجبل البري.

تتمتع الحيوانات الفقارية واللافقارية بالقدرة على إنتاج وإفراز المواد الطاردة والجذابة والإشارات والقتل. من بينها العديد من العناكب (العقرب، كاراكورت، الرتيلاء، وما إلى ذلك)، والزواحف. يستخدم الإنسان على نطاق واسع السموم الحيوانية والنباتية للأغراض الطبية.

لقد طور التطور المشترك للحيوانات والنباتات علاقات المعلومات والكيميائية الأكثر تعقيدًا فيها. دعونا نعطي مثالا واحدا فقط: العديد من الحشرات تميز أنواع غذائها عن طريق الرائحة؛ خنافس اللحاء، على وجه الخصوص، تطير فقط إلى شجرة تحتضر، وتتعرف عليها من خلال تكوين التربينات المتطايرة للراتنج.

العوامل البيئية البشرية

إن تاريخ التقدم العلمي والتكنولوجي بأكمله هو مزيج من تحويل الإنسان للعوامل البيئية الطبيعية لأغراضه الخاصة وإنشاء عوامل جديدة لم تكن موجودة من قبل في الطبيعة.

إن صهر المعادن من الخامات وإنتاج المعدات أمر مستحيل دون خلق درجات حرارة عالية وضغوط ومجالات كهرومغناطيسية قوية. يتطلب الحصول على عوائد عالية من المحاصيل الزراعية والحفاظ عليها إنتاج الأسمدة ومنتجات حماية النباتات الكيميائية من الآفات ومسببات الأمراض. الرعاية الصحية الحديثة لا يمكن تصورها دون العلاج الكيميائي والعلاج الطبيعي. ويمكن ضرب هذه الأمثلة.

بدأ استخدام إنجازات التقدم العلمي والتكنولوجي للأغراض السياسية والاقتصادية، والتي تجلت بشكل كبير في خلق عوامل بيئية خاصة أثرت على الناس وممتلكاتهم: من الأسلحة النارية إلى وسائل التأثير الفيزيائي والكيميائي والبيولوجي الشامل. في هذه الحالة، يمكننا أن نتحدث مباشرة عن مجموعة من العوامل البشرية (أي التي تستهدف جسم الإنسان)، وعلى وجه الخصوص، العوامل البيئية القاتلة للبشر التي تسبب التلوث البيئي.

من ناحية أخرى، بالإضافة إلى هذه العوامل المستهدفة، أثناء استغلال ومعالجة الموارد الطبيعية، تتشكل حتما مركبات كيميائية ثانوية ومناطق ذات مستويات عالية من العوامل الفيزيائية. وفي بعض الحالات، يمكن أن تكون هذه العمليات ذات طبيعة مفاجئة (في ظروف الحوادث والكوارث) مع عواقب بيئية ومادية شديدة. ومن ثم، كان من الضروري إيجاد طرق ووسائل لحماية الناس من العوامل الخطيرة والضارة، والتي تم تنفيذها الآن في النظام المذكور أعلاه - سلامة الحياة.

في شكل مبسط، يتم عرض تصنيف تقريبي للعوامل البيئية البشرية المنشأ في الشكل. 1.

أرز. 1. تصنيف العوامل البيئية البشرية

الأنماط العامة للتفاعل بين الكائنات الحية والعوامل البيئية

أي عامل بيئي هو عامل ديناميكي ومتغير في الزمان والمكان.

يفسح الموسم الدافئ المجال للموسم البارد على فترات منتظمة. خلال النهار، تُلاحظ تقلبات واسعة إلى حد ما في درجات الحرارة والضوء والرطوبة وقوة الرياح وما إلى ذلك، وكلها تقلبات طبيعية في العوامل البيئية، لكن الإنسان قادر أيضًا على التأثير عليها. يتجلى تأثير الأنشطة البشرية على البيئة بشكل عام في التغيرات في أنظمة (القيم والديناميكيات المطلقة) للعوامل البيئية، وكذلك تكوين العوامل، على سبيل المثال، عند إدخال المواد الغريبة الحيوية في النظم الطبيعية أثناء عملية الإنتاج أو تدابير خاصة، مثل وقاية النباتات باستخدام المبيدات الحشرية أو إدخال الأسمدة العضوية والمعدنية في التربة.

ومع ذلك، يتطلب كل كائن حي مستويات وكميات (جرعات) محددة بدقة من العوامل البيئية، بالإضافة إلى حدود معينة لتقلباتها. إذا كانت أنظمة جميع العوامل البيئية تتوافق مع المتطلبات الوراثية الثابتة للكائن الحي (أي النمط الجيني)، فإنه يكون قادرًا على البقاء وإنتاج ذرية قابلة للحياة. إن متطلبات نوع معين من الكائنات الحية ومقاومته للعوامل البيئية تحدد حدود المنطقة الجغرافية التي يمكن أن يعيش فيها، أي نطاقه. تحدد العوامل البيئية أيضًا مدى التقلبات في عدد نوع معين في الزمان والمكان، والتي لا تظل ثابتة أبدًا، ولكنها تختلف ضمن حدود واسعة إلى حد ما.

قانون العامل المحدد

يتعرض الكائن الحي في الظروف الطبيعية في وقت واحد ليس لعوامل بيئية واحدة، بل للعديد من العوامل البيئية - الحيوية وغير الحيوية، وكل عامل يحتاجه الجسم بكميات أو جرعات معينة. تحتاج النباتات إلى كميات كبيرة من الرطوبة والمواد الغذائية (النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم)، ولكن هناك حاجة إلى مواد أخرى، مثل البورون أو الموليبدينوم، بكميات ضئيلة. ومع ذلك، فإن نقص أو عدم وجود أي مادة (كل من العناصر الكلية والصغرى) يؤثر سلبا على حالة الجسم، حتى لو كانت جميع المواد الأخرى موجودة بالكميات المطلوبة. صاغ أحد مؤسسي الكيمياء الزراعية، العالم الألماني جوستوس ليبيج (1803-1873)، نظرية التغذية المعدنية للنباتات. لقد أثبت أن تطور النبات أو حالته لا يعتمد على تلك العناصر (أو المواد) الكيميائية، أي العوامل الموجودة في التربة بكميات كافية، ولكن على تلك التي تفتقر إليها. على سبيل المثال، محتوى النيتروجين أو الفوسفور في التربة الكافي للنبات لا يمكن أن يعوض نقص الحديد أو البورون أو البوتاسيوم. إذا كان أي (واحد على الأقل) من العناصر الغذائية في التربة أقل مما يتطلبه نبات معين، فسوف يتطور بشكل غير طبيعي، أو ببطء، أو لديه انحرافات مرضية. صاغ J. Liebig نتائج بحثه في شكل أساسي قانون الحد الأدنى.

مفهوم الموائل والعوامل البيئية

موطن الكائن الحي- هذه مجموعة من الظروف اللاأحيائية والحيوية لحياته. إن خصائص البيئة تتغير باستمرار، وأي مخلوق يتكيف مع هذه التغيرات من أجل البقاء.

تدرك الكائنات الحية تأثير البيئة من خلال عوامل بيئية تسمى العوامل البيئية.

العوامل البيئية- هذه ظروف وعناصر بيئية معينة لها تأثير محدد على الجسم. وهي مقسمة إلى غير حيوية وأحيائية وبشرية المنشأ (الشكل 2.1).

لا حيوي العوامل - مجموعة العوامل الكاملة في البيئة غير العضوية التي تؤثر على حياة وتوزيع الحيوانات والنباتات. من بينها الفيزيائية والكيميائية والإيدافية.

بدني العوامل هي تلك التي مصدرها حالة أو ظاهرة فيزيائية (ميكانيكية، موجية، الخ). على سبيل المثال، درجة الحرارة، إذا كانت مرتفعة، سيكون هناك حرق، إذا كانت منخفضة للغاية، سيكون هناك قضمة الصقيع. يمكن أن تؤثر عوامل أخرى أيضًا على تأثير درجة الحرارة: في الماء - التيار، على الأرض - الرياح والرطوبة، إلخ.

المواد الكيميائية العوامل هي تلك التي تنشأ من التركيب الكيميائي للبيئة. فمثلاً ملوحة الماء إذا كانت عالية قد تنعدم الحياة في الخزان تماماً (البحر الميت)، لكن في الوقت نفسه لا تستطيع معظم الكائنات البحرية العيش في المياه العذبة. تعتمد حياة الحيوانات على الأرض وفي الماء وما إلى ذلك على مدى كفاية مستويات الأكسجين.

إيدافيك العوامل، أي عوامل التربة، هي مجموعة من الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية للتربة والصخور التي تؤثر على كل من الكائنات الحية التي تعيش فيها، أي التي تعتبر موطنًا لها، وعلى النظام الجذري للنباتات. إن تأثيرات المكونات الكيميائية (العناصر الحيوية)، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وبنية التربة، ومحتوى الدبال، وما إلى ذلك معروفة جيدًا. على نمو النبات وتطوره.

الحيوية العوامل - مجموعة من التأثيرات لنشاط حياة بعض الكائنات الحية على نشاط حياة الآخرين، وكذلك على البيئة غير الحية. في الحالة الأخيرة، نحن نتحدث عن قدرة الكائنات الحية نفسها على التأثير على ظروف معيشتها إلى حد ما. على سبيل المثال، في الغابة، تحت تأثير الغطاء النباتي، يتم إنشاء مناخ محلي خاص أو بيئة دقيقة، حيث يتم إنشاء نظام درجة الحرارة والرطوبة الخاص بها، بالمقارنة مع الموائل المفتوحة: في الشتاء يكون أكثر دفئًا بعدة درجات، في الصيف فهو أكثر برودة وأكثر رطوبة. يتم أيضًا إنشاء بيئة دقيقة خاصة في تجاويف الأشجار والجحور والكهوف وما إلى ذلك.

وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى ظروف البيئة الدقيقة تحت الغطاء الثلجي، والتي هي بالفعل ذات طبيعة غير حيوية بحتة. نتيجة لتأثير الثلج الدافئ، والذي يكون أكثر فعالية عندما يكون سمكه 50-70 سم على الأقل، عند قاعدته، في طبقة يبلغ سمكها حوالي 5 سم، تعيش القوارض الصغيرة في الشتاء، حيث أن ظروف درجة الحرارة هنا مواتية لهم (من 0 إلى - 2 درجة مئوية). بفضل نفس التأثير، يتم الحفاظ على شتلات الحبوب الشتوية - الجاودار والقمح - تحت الثلج. الحيوانات الكبيرة - الغزلان والأيائل والذئاب والثعالب والأرانب البرية وما إلى ذلك - تختبئ أيضًا في الثلج من الصقيع الشديد - تستلقي في الثلج للراحة.

تتكون التفاعلات بين الأفراد من نفس النوع من تأثيرات جماعية وكتلية ومنافسة بين الأنواع. التأثيرات الجماعية والكتلة هي مصطلحات صاغها جراس (1944) والتي تشير إلى تجميع الحيوانات من نفس النوع في مجموعات مكونة من فردين أو أكثر والتأثير الناجم عن الاكتظاظ البيئي. ويُشار الآن إلى هذه التأثيرات في أغلب الأحيان على أنها عوامل ديموغرافية. وهي تميز ديناميكيات أعداد وكثافة مجموعات الكائنات الحية على مستوى السكان، والتي تعتمد على المنافسة بين الأنواع، والتي تختلف بشكل أساسي عن المنافسة بين الأنواع. يتجلى بشكل رئيسي في السلوك الإقليمي للحيوانات التي تدافع عن مواقع تعشيشها ومنطقة معينة في المنطقة. العديد من الطيور والأسماك مثل هذا.

العلاقات بين الأنواع أكثر تنوعًا. قد لا يؤثر النوعان اللذان يعيشان في مكان قريب على بعضهما البعض على الإطلاق، بل قد يؤثران على بعضهما البعض بشكل إيجابي أو سلبي. تعكس الأنواع المحتملة من المجموعات أنواعًا مختلفة من العلاقات:

الحياد- كلا النوعين مستقلان وليس لهما تأثير على بعضهما البعض؛

مسابقة- كل نوع له تأثير سلبي على الآخر؛

التبادلية- الأنواع لا يمكن أن توجد بدون بعضها البعض؛

جراحة القناة(الكومنولث) - يشكل كلا النوعين مجتمعًا، ولكن يمكن أن يوجدا بشكل منفصل، على الرغم من أن المجتمع يفيد كليهما؛

معايشة- نوع واحد، المتعايش، يستفيد من المعاشرة، بينما النوع الآخر، العائل، لا يستفيد على الإطلاق (التسامح المتبادل)؛

المذهبية- أحد الأنواع، amensal، يعاني من تثبيط النمو والتكاثر من نوع آخر؛

افتراس- نوع مفترس يتغذى على فريسته.

العلاقات بين الأنواع تكمن وراء وجود المجتمعات الحيوية (التكاثر الحيوي).

من صنع الإنسانالعوامل - العوامل التي يولدها الإنسان وتؤثر على البيئة (التلوث، وتآكل التربة، وتدمير الغابات، وما إلى ذلك) تؤخذ في الاعتبار في علم البيئة التطبيقي.

من بين العوامل غير الحيوية، غالبًا ما يتم تمييز العوامل المناخية (درجة الحرارة ورطوبة الهواء والرياح وما إلى ذلك) والعوامل الهيدروغرافية للبيئة المائية (الماء والتيار والملوحة وما إلى ذلك).

تتغير معظم العوامل نوعيا وكميا مع مرور الوقت. على سبيل المثال، المناخ - خلال النهار، الموسم، حسب السنة (درجة الحرارة، الضوء، إلخ).

تسمى العوامل التي تتكرر تغيراتها بانتظام مع مرور الوقت بالدورية. لا تشمل هذه العوامل المناخية فحسب، بل تشمل أيضًا بعض العوامل الهيدروغرافية - المد والجزر وبعض التيارات المحيطية. تسمى العوامل التي تنشأ بشكل غير متوقع (الانفجار البركاني، هجوم الحيوانات المفترسة، وما إلى ذلك) غير دورية.

يعد تقسيم العوامل إلى دورية وغير دورية (Monchadsky، 1958) مهمًا جدًا عند دراسة قدرة الكائنات الحية على التكيف مع الظروف المعيشية.

المحاضرة 9

أفكار أساسية حول تكيف الكائنات الحية

التكيف (خطوط العرض. "جهاز") - تكيف الكائنات الحية مع البيئة. تغطي هذه العملية بنية ووظائف الكائنات الحية (الأفراد، والأنواع، والسكان) وأعضائها. يتطور التكيف دائمًا تحت تأثير ثلاثة عوامل رئيسية - التباين والوراثة والانتقاء الطبيعي (وكذلك الانتقاء الاصطناعي - الذي يقوم به الإنسان).

يتم تحديد التكيفات الرئيسية للكائنات الحية مع العوامل البيئية وراثيا. لقد تشكلت على طول المسار التاريخي والتطوري للكائنات الحية وتغيرت مع تقلب العوامل البيئية. تتكيف الكائنات الحية مع العوامل الدورية التي تعمل باستمرار، ولكن من المهم التمييز بين العوامل الأولية والثانوية.

أساسي- هذه هي العوامل التي كانت موجودة على الأرض حتى قبل ظهور الحياة: درجة الحرارة، والضوء، والمد والجزر، وما إلى ذلك. إن تكيف الكائنات الحية مع هذه العوامل هو الأقدم والأكثر كمالا.

ثانويالعوامل الدورية هي نتيجة للتغيرات في العوامل الأولية: رطوبة الهواء، اعتمادا على درجة الحرارة؛ الأغذية النباتية، اعتمادا على الطبيعة الدورية لتطور النبات؛ عدد من العوامل الحيوية ذات التأثير داخل النوع، وما إلى ذلك. لقد نشأت في وقت متأخر عن العوامل الأولية ولا يتم التعبير دائمًا عن التكيف معها بوضوح.

في ظل الظروف العادية، يجب أن تعمل العوامل الدورية فقط في الموائل، ويجب أن تكون العوامل غير الدورية غائبة.

مصدر التكيف هو التغيرات الجينية في الجسم - الطفرات التي تنشأ تحت تأثير العوامل الطبيعية في المرحلة التاريخية والتطورية، ونتيجة للتأثير الاصطناعي على الجسم. الطفرات متنوعة ويمكن أن يؤدي تراكمها إلى ظواهر التفكك، ولكن بفضل الاختيار، تكتسب الطفرات ومجموعاتها أهمية "العامل الإبداعي الرائد في التنظيم التكيفي للأشكال الحية" (TSB، المجلد 1، 1970).

على المسار التاريخي والتطوري للتطور، تعمل العوامل اللاأحيائية والحيوية معًا على الكائنات الحية. إن كلاً من التكيفات الناجحة للكائنات الحية مع مجموعة العوامل هذه والتكيفات "غير الناجحة" معروفة، أي أنه بدلاً من التكيف، تنقرض الأنواع.

الموئل - هذا هو ذلك الجزء من الطبيعة الذي يحيط بالكائن الحي والذي يتفاعل معه بشكل مباشر. إن مكونات وخصائص البيئة متنوعة ومتغيرة. يعيش أي كائن حي في عالم معقد ومتغير، ويتكيف معه باستمرار وينظم نشاط حياته بما يتوافق مع تغيراته.

تسمى الخصائص الفردية أو عناصر البيئة التي تؤثر على الكائنات الحية العوامل البيئية. العوامل البيئية متنوعة. ويمكن أن تكون ضرورية، أو على العكس من ذلك، ضارة بالكائنات الحية، أو تعزز أو تعيق البقاء والتكاثر. العوامل البيئية لها طبيعة مختلفة وإجراءات محددة. من بين هؤلاء لا حيويو الحيوية والبشرية.

العوامل غير الحيوية - درجة الحرارة، الضوء، الإشعاع الإشعاعي، الضغط، رطوبة الهواء، التركيبة المالحة للمياه، الرياح، التيارات، التضاريس - كلها خصائص ذات طبيعة غير حية تؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على الكائنات الحية.

العوامل الحيوية - هذه أشكال تأثير الكائنات الحية على بعضها البعض. يتعرض كل كائن حي باستمرار للتأثير المباشر أو غير المباشر للمخلوقات الأخرى، ويتصل بممثلي الأنواع الخاصة به والأنواع الأخرى - النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة، ويعتمد عليهم ويؤثر عليهم. يعد العالم العضوي المحيط جزءًا لا يتجزأ من بيئة كل كائن حي.

الروابط المتبادلة بين الكائنات الحية هي أساس وجود التكاثر الحيوي والسكان؛ اعتبارهم ينتمي إلى مجال علم البيئة المتزامن.

العوامل البشرية - هذه هي أشكال نشاط المجتمع البشري التي تؤدي إلى تغييرات في الطبيعة كموطن لأنواع أخرى أو تؤثر بشكل مباشر على حياتهم. على مدار تاريخ البشرية، أدى تطور الصيد الأول، ثم الزراعة والصناعة والنقل إلى تغيير طبيعة كوكبنا بشكل كبير. تستمر أهمية التأثيرات البشرية على العالم الحي للأرض في النمو بسرعة.

على الرغم من أن البشر يؤثرون على الطبيعة الحية من خلال التغيرات في العوامل اللاأحيائية والعلاقات الحيوية بين الأنواع، إلا أنه ينبغي تحديد النشاط البشري على الكوكب كقوة خاصة لا تتناسب مع إطار هذا التصنيف. حاليا، مصير سطح الأرض الحي، جميع أنواع الكائنات الحية، في أيدي المجتمع البشري ويعتمد على التأثير البشري على الطبيعة.

إن العامل البيئي نفسه له أهمية مختلفة في حياة الكائنات الحية من مختلف الأنواع. على سبيل المثال، الرياح القوية في الشتاء غير مواتية للحيوانات الكبيرة المكشوفة، ولكن ليس لها تأثير على الحيوانات الصغيرة التي تختبئ في الجحور أو تحت الثلج. يعد التركيب الملحي للتربة مهمًا لتغذية النبات، ولكنه غير مبالٍ بمعظم الحيوانات الأرضية، وما إلى ذلك.

التغيرات في العوامل البيئية مع مرور الوقت يمكن أن تكون: 1) دورية بانتظام، وتغيير قوة التأثير فيما يتعلق بالوقت من اليوم، أو الموسم من السنة، أو إيقاع المد والجزر في المحيط؛ 2) غير منتظم، دون دورية واضحة، على سبيل المثال، التغيرات في الظروف الجوية في سنوات مختلفة، والظواهر الكارثية - العواصف، والاستحمام، والانهيارات الأرضية، وما إلى ذلك؛ 3) موجهة على فترات زمنية معينة ، وأحيانًا طويلة ، على سبيل المثال ، أثناء تبريد المناخ أو ارتفاع درجة حرارته ، أو الإفراط في نمو المسطحات المائية ، أو الرعي المستمر للماشية في نفس المنطقة ، وما إلى ذلك.

من بين العوامل البيئية، يتم تمييز الموارد والظروف. موارد تستخدم الكائنات البيئة وتستهلكها، مما يقلل عددها. تشمل الموارد الغذاء والماء عندما يكون نادرًا والملاجئ والأماكن الملائمة للتكاثر وما إلى ذلك. شروط - هذه هي العوامل التي تضطر الكائنات الحية إلى التكيف معها، لكنها عادة لا تستطيع التأثير عليها. نفس العامل البيئي يمكن أن يكون مورداً للبعض وشرطاً لأنواع أخرى. على سبيل المثال، يعد الضوء مصدر طاقة حيوي للنباتات، وبالنسبة للحيوانات ذات الرؤية فهو شرط للتوجيه البصري. يمكن أن تكون المياه حالة معيشية وموردًا للعديد من الكائنات الحية.

2.2. تكيفات الكائنات الحية

تسمى تكيفات الكائنات الحية مع بيئتها التكيف. التكيفات هي أي تغييرات في بنية ووظيفة الكائنات الحية تزيد من فرص بقائها على قيد الحياة.

تعد القدرة على التكيف إحدى الخصائص الرئيسية للحياة بشكل عام، لأنها توفر إمكانية وجودها، وقدرة الكائنات الحية على البقاء والتكاثر. تتجلى عمليات التكيف على مستويات مختلفة: من الكيمياء الحيوية للخلايا وسلوك الكائنات الحية الفردية إلى بنية وأداء المجتمعات والأنظمة البيئية. تنشأ التكيفات وتتطور أثناء تطور الأنواع.

آليات التكيف الأساسية على مستوى الكائن الحي: 1) الكيمياء الحيوية– تتجلى في العمليات داخل الخلايا، مثل التغيير في عمل الإنزيمات أو تغيير في كميتها. 2) فسيولوجية– على سبيل المثال، زيادة التعرق مع ارتفاع درجة الحرارة في عدد من الأنواع؛ 3) مورفو تشريحي- ملامح بنية وشكل الجسم المرتبطة بأسلوب الحياة؛ 4) سلوكية- على سبيل المثال، الحيوانات التي تبحث عن موائل مناسبة، وتقوم بإنشاء الجحور والأعشاش، وما إلى ذلك؛ 5) جينية– تسريع أو تباطؤ التنمية الفردية، وتعزيز البقاء عندما تتغير الظروف.

العوامل البيئية البيئية لها تأثيرات مختلفة على الكائنات الحية، أي أنها يمكن أن تؤثر على كليهما المهيجات,التسبب في تغييرات تكيفية في الوظائف الفسيولوجية والكيميائية الحيوية. كيف محددات,مما يسبب استحالة الوجود في هذه الظروف؛ كيف الصفات التعريفية،التسبب في التغيرات المورفولوجية والتشريحية في الكائنات الحية. كيف إشارات,تشير إلى التغيرات في العوامل البيئية الأخرى.

2.3. القوانين العامة لعمل العوامل البيئية على الكائنات الحية

على الرغم من التنوع الكبير للعوامل البيئية، فإنه يمكن التعرف على عدد من الأنماط العامة في طبيعة تأثيرها على الكائنات الحية وفي استجابات الكائنات الحية.

1. قانون الأمثل.

ولكل عامل حدود معينة من التأثير الإيجابي على الكائنات الحية (الشكل 1). تعتمد نتيجة العامل المتغير بشكل أساسي على قوة تجلياته. يؤثر كل من العمل غير الكافي والمفرط للعامل سلبًا على نشاط حياة الأفراد. تسمى قوة التأثير المفيدة منطقة العامل البيئي الأمثل أو ببساطة الأمثل للكائنات الحية من هذا النوع. كلما زاد الانحراف عن المستوى الأمثل، كلما كان التأثير المثبط لهذا العامل أكثر وضوحا على الكائنات الحية. (منطقة متشائمة). الحد الأقصى والحد الأدنى للقيم القابلة للتحويل للعامل هي نقاط حرجة،خلفوبعد ذلك لم يعد الوجود ممكنا، يحدث الموت. تسمى حدود التحمل بين النقاط الحرجة التكافؤ البيئي الكائنات الحية وعلاقتها بعامل بيئي محدد.

أرز. 1. مخطط عمل العوامل البيئية على الكائنات الحية

يختلف ممثلو الأنواع المختلفة بشكل كبير عن بعضهم البعض سواء في الوضع الأمثل أو في التكافؤ البيئي. على سبيل المثال، يمكن للثعالب القطبية الشمالية في التندرا أن تتحمل التقلبات في درجة حرارة الهواء في حدود أكثر من 80 درجة مئوية (من +30 إلى -55 درجة مئوية)، في حين أن قشريات الماء الدافئ كوبيليا ميرابيليس يمكنها تحمل التغيرات في درجة حرارة الماء في النطاق. لا تزيد عن 6 درجات مئوية (من +23 إلى +29 درجة مئوية). يمكن أن تكون نفس قوة ظهور عامل ما مثالية لنوع واحد، ومتشائمة لنوع آخر، وتتجاوز حدود التحمل لنوع ثالث (الشكل 2).

تتم الإشارة إلى التكافؤ البيئي الواسع للأنواع فيما يتعلق بالعوامل البيئية غير الحيوية عن طريق إضافة البادئة "eury" إلى اسم العامل. متعلق بالحرارةالأنواع التي تتحمل تقلبات كبيرة في درجات الحرارة ، يوريباتيس- نطاق ضغط واسع، يوريهالين– درجات مختلفة من الملوحة البيئية.

أرز. 2. موضع المنحنيات المثالية على مقياس درجة الحرارة للأنواع المختلفة:

1, 2 - الأنواع ضيقة الحرارة، محبة للتبريد؛

3–7 - الأنواع متحملة للحرارة؛

8, 9 - الأنواع ضيقة الحرارة، محبة للحرارة

عدم القدرة على تحمل التقلبات الكبيرة في عامل ما، أو التكافؤ البيئي الضيق، يتميز بالبادئة "steno" - تضيق الحرارة، تضيق، تضيق الأوعية الدمويةالأنواع، إلخ. بمعنى أوسع، تسمى الأنواع التي يتطلب وجودها ظروفًا بيئية محددة بدقة تضيق الأوعية, وتلك القادرة على التكيف مع الظروف البيئية المختلفة - يوربيونت.

يتم استدعاء الشروط التي تقترب من النقاط الحرجة بسبب عامل واحد أو عدة عوامل في وقت واحد أقصى.

يمكن تغيير موضع النقاط المثلى والحرجة على تدرج العامل ضمن حدود معينة بفعل الظروف البيئية. ويحدث هذا بانتظام في العديد من الأنواع مع تغير الفصول. في الشتاء، على سبيل المثال، تتحمل العصافير الصقيع الشديد، وفي الصيف تموت من البرد عند درجات حرارة أقل بقليل من الصفر. تسمى ظاهرة التحول في المستوى الأمثل بالنسبة لأي عامل تأقلم. من حيث درجة الحرارة، فهذه عملية معروفة للتصلب الحراري للجسم. التأقلم مع درجة الحرارة يتطلب فترة طويلة من الزمن. الآلية هي تغيير في الإنزيمات في الخلايا التي تحفز نفس التفاعلات، ولكن عند درجات حرارة مختلفة (ما يسمى الانزيمات).يتم ترميز كل إنزيم بواسطة الجين الخاص به، لذلك، من الضروري إيقاف تشغيل بعض الجينات وتنشيط البعض الآخر، والنسخ، والترجمة، وتجميع كمية كافية من البروتين الجديد، وما إلى ذلك. وتستغرق العملية الإجمالية في المتوسط ​​حوالي أسبوعين ويتم تحفيزها من خلال التغيرات في البيئة. يعد التأقلم أو التصلب تكيفًا مهمًا للكائنات الحية يحدث في ظل ظروف غير مواتية تقترب تدريجيًا أو عند دخول مناطق ذات مناخ مختلف. وفي هذه الحالات، يعد جزءًا لا يتجزأ من عملية التأقلم العامة.

2. غموض تأثير العامل على الوظائف المختلفة.

ويؤثر كل عامل على وظائف الجسم المختلفة بشكل مختلف (الشكل 3). الأمثل بالنسبة لبعض العمليات قد يكون متشائما بالنسبة للآخرين. وبالتالي، فإن درجة حرارة الهواء من +40 إلى +45 درجة مئوية في الحيوانات ذات الدم البارد تزيد بشكل كبير من معدل عمليات التمثيل الغذائي في الجسم، ولكنها تمنع النشاط الحركي، وتقع الحيوانات في ذهول حراري. بالنسبة للعديد من الأسماك، فإن درجة حرارة الماء المثالية لنضج المنتجات التناسلية غير مواتية لوضع البيض، والذي يحدث في نطاق درجات حرارة مختلفة.

أرز. 3. مخطط اعتماد عملية التمثيل الضوئي وتنفس النبات على درجة الحرارة (وفقًا لـ V. Larcher، 1978): تي دقيقة، تي اختيار، تي ماكس- درجة الحرارة الدنيا والمثالية والقصوى لنمو النبات (المنطقة المظللة)

إن دورة الحياة، التي يؤدي فيها الكائن الحي في المقام الأول خلال فترات معينة وظائف معينة (التغذية، والنمو، والتكاثر، والاستيطان، وما إلى ذلك)، تتوافق دائمًا مع التغيرات الموسمية في مجموعة من العوامل البيئية. يمكن للكائنات الحية أيضًا تغيير بيئاتها للقيام بجميع وظائفها الحيوية بنجاح.

3. تنوع ردود الفعل الفردية للعوامل البيئية.لا تتطابق درجة التحمل والنقاط الحرجة والمناطق المثالية والمتشائمة للأفراد الأفراد. يتم تحديد هذا التباين من خلال الصفات الوراثية للأفراد والجنس والعمر والاختلافات الفسيولوجية. على سبيل المثال، عثة الطاحونة، وهي إحدى آفات الدقيق ومنتجات الحبوب، تبلغ درجة الحرارة الدنيا الحرجة لليرقات -7 درجة مئوية، وللأشكال البالغة -22 درجة مئوية، وللبيض -27 درجة مئوية. يؤدي الصقيع الذي تصل درجة حرارته إلى -10 درجة مئوية إلى قتل اليرقات، لكنه لا يشكل خطورة على البالغين وبيض هذه الآفة. وبالتالي، فإن التكافؤ البيئي للأنواع يكون دائمًا أوسع من التكافؤ البيئي لكل فرد على حدة.

4. الاستقلال النسبي في تكيف الكائنات الحية مع العوامل المختلفة.إن درجة التحمل لأي عامل لا تعني التكافؤ البيئي المقابل للأنواع بالنسبة للعوامل الأخرى. على سبيل المثال، الأنواع التي تتحمل التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة لا تحتاج بالضرورة أيضًا إلى أن تكون قادرة على تحمل التغيرات الكبيرة في الرطوبة أو الملوحة. يمكن أن تكون الأنواع الحرارية مسببة للضيق، أو تضيقية، أو العكس. يمكن أن تكون التكافؤ البيئي للأنواع فيما يتعلق بالعوامل المختلفة متنوعًا للغاية. وهذا يخلق تنوعًا غير عادي في التكيفات في الطبيعة. مجموعة التكافؤ البيئي فيما يتعلق بالعوامل البيئية المختلفة هي الطيف البيئي للأنواع.

5. التناقض في الأطياف البيئية للأنواع الفردية.كل نوع محدد في قدراته البيئية. حتى بين الأنواع المتشابهة في أساليب التكيف مع البيئة، هناك اختلافات في موقفها من بعض العوامل الفردية.

أرز. 4. التغييرات في مشاركة الأنواع النباتية الفردية في عشب المرج تعتمد على الرطوبة (وفقًا لـ L. G. Ramensky et al.، 1956): 1 - معطف أحمر؛ 2 – يارو عادي 3 - قبو ديليافين؛ 4 – مرج البلو جراس. 5 – العكرش. 6 - قش السرير الحقيقي؛ 7 - البردي المبكر؛ 8 – حلوى المروج 9 – إبرة الراعي التل. 10 – شجيرة الحقل 11 – سلسفي قصير الأنف

حكم الفردية البيئية للأنواعصاغها عالم النبات الروسي إل جي رامينسكي (1924) فيما يتعلق بالنباتات (الشكل 4) ، ثم تم تأكيدها على نطاق واسع من خلال أبحاث علم الحيوان.

6. تفاعل العوامل.يمكن أن تتغير المنطقة المثالية وحدود قدرة الكائنات الحية على التحمل فيما يتعلق بأي عامل بيئي اعتمادًا على القوة وفي أي مجموعة تعمل العوامل الأخرى في وقت واحد (الشكل 5). ويسمى هذا النمط تفاعل العوامل. على سبيل المثال، من الأسهل تحمل الحرارة في الهواء الجاف وليس في الهواء الرطب. يكون خطر التجمد أكبر بكثير في الطقس البارد مع الرياح القوية مقارنة بالطقس الهادئ. وبالتالي، فإن نفس العامل مع العوامل الأخرى له تأثيرات بيئية مختلفة. على العكس من ذلك، يمكن الحصول على نفس النتيجة البيئية بطرق مختلفة. على سبيل المثال، يمكن إيقاف ذبول النباتات عن طريق زيادة كمية الرطوبة في التربة وخفض درجة حرارة الهواء، مما يقلل من التبخر. يتم إنشاء تأثير الاستبدال الجزئي للعوامل.

أرز. 5. معدل وفيات بيض دودة القز الصنوبر Dendrolimus pini تحت مجموعات مختلفة من درجات الحرارة والرطوبة

وفي الوقت نفسه، فإن التعويض المتبادل للعوامل البيئية له حدود معينة، ومن المستحيل استبدال أحدها بآخر بشكل كامل. إن الغياب التام للمياه أو على الأقل أحد العناصر الأساسية للتغذية المعدنية يجعل حياة النبات مستحيلة، على الرغم من التركيبات الأكثر ملاءمة للظروف الأخرى. لا يمكن تعويض العجز الحراري الشديد في الصحاري القطبية عن طريق وفرة الرطوبة أو الإضاءة على مدار 24 ساعة.

مع الأخذ بعين الاعتبار أنماط تفاعل العوامل البيئية في الممارسة الزراعية، من الممكن الحفاظ بمهارة على الظروف المعيشية المثلى للنباتات المزروعة والحيوانات الأليفة.

7. قاعدة العوامل المقيدة.إن احتمالات وجود الكائنات الحية محدودة في المقام الأول بتلك العوامل البيئية البعيدة عن المستوى الأمثل. إذا اقترب أحد العوامل البيئية على الأقل من القيم الحرجة أو تجاوزها، فإنه على الرغم من المزيج الأمثل من الظروف الأخرى، فإن الأفراد مهددون بالموت. أي عوامل تنحرف بشدة عن المستوى الأمثل تكتسب أهمية قصوى في حياة النوع أو ممثليه الأفراد في فترات زمنية محددة.

تحدد العوامل البيئية المحددة النطاق الجغرافي للأنواع. قد تكون طبيعة هذه العوامل مختلفة (الشكل 6). وبالتالي، فإن حركة الأنواع إلى الشمال قد تكون محدودة بسبب نقص الحرارة، وإلى المناطق القاحلة بسبب نقص الرطوبة أو درجات الحرارة المرتفعة جدًا. يمكن أن تكون العلاقات الحيوية أيضًا بمثابة عوامل مقيدة للتوزيع، على سبيل المثال، احتلال منطقة ما من قبل منافس أقوى أو نقص الملقحات للنباتات. وبالتالي، فإن تلقيح التين يعتمد كليًا على نوع واحد من الحشرات - الزنبور Blastophaga psenes. موطن هذه الشجرة هو البحر الأبيض المتوسط. لم يكن التين الذي تم جلبه إلى كاليفورنيا يؤتي ثماره حتى تم إدخال الدبابير الملقحة هناك. يقتصر توزيع البقوليات في القطب الشمالي على توزيع النحل الطنان الذي يقوم بتلقيحها. في جزيرة ديكسون، حيث لا يوجد نحل طنان، لا توجد البقوليات، على الرغم من أن ظروف درجة الحرارة لا تزال تسمح بوجود هذه النباتات هناك.

أرز. 6. يعد الغطاء الثلجي العميق عاملاً مقيدًا في توزيع الغزلان (وفقًا لـ G. A. Novikov، 1981)

لتحديد ما إذا كان يمكن لنوع ما أن يتواجد في منطقة جغرافية معينة، فمن الضروري أولاً تحديد ما إذا كانت أي عوامل بيئية تتجاوز تكافؤه البيئي، خاصة خلال فترة تطوره الأكثر ضعفًا.

يعد تحديد العوامل المقيدة أمرًا مهمًا للغاية في الممارسة الزراعية، لأنه من خلال توجيه الجهود الرئيسية للقضاء عليها، يمكن للمرء زيادة إنتاجية النباتات أو الإنتاجية الحيوانية بسرعة وفعالية. وبالتالي، في التربة شديدة الحموضة، يمكن زيادة محصول القمح قليلاً باستخدام تأثيرات زراعية مختلفة، ولكن لن يتم الحصول على أفضل تأثير إلا نتيجة التجيير، الذي سيزيل التأثيرات المقيدة للحموضة. وبالتالي فإن معرفة العوامل المحددة هي المفتاح للتحكم في أنشطة حياة الكائنات الحية. في فترات مختلفة من حياة الأفراد، تعمل العوامل البيئية المختلفة كعوامل مقيدة، لذلك يلزم التنظيم الماهر والمستمر للظروف المعيشية للنباتات والحيوانات المزروعة.

2.4. مبادئ التصنيف البيئي للكائنات الحية

في علم البيئة، يؤدي تنوع وتنوع أساليب وطرق التكيف مع البيئة إلى خلق الحاجة إلى تصنيفات متعددة. وباستخدام أي معيار واحد، من المستحيل أن تعكس جميع جوانب قدرة الكائنات الحية على التكيف مع البيئة. تعكس التصنيفات البيئية أوجه التشابه التي تنشأ بين ممثلي مجموعات مختلفة جدًا إذا استخدموا طرق مماثلة للتكيف. على سبيل المثال، إذا قمنا بتصنيف الحيوانات وفقًا لأنماط حركتها، فإن المجموعة البيئية للأنواع التي تتحرك في الماء بوسائل تفاعلية ستشمل حيوانات مختلفة في وضعها المنهجي مثل قنديل البحر، ورأسيات الأرجل، وبعض الهدبيات والسوطيات، ويرقات عدد اليعسوب، وما إلى ذلك (الشكل 7). يمكن أن تعتمد التصنيفات البيئية على مجموعة واسعة من المعايير: طرق التغذية والحركة والموقف من درجة الحرارة والرطوبة والملوحة والضغطإلخ. يعد تقسيم جميع الكائنات الحية إلى eurybiont و stenobiont وفقًا لاتساع نطاق التكيف مع البيئة مثالاً على أبسط التصنيف البيئي.

أرز. 7. ممثلو المجموعة البيئية للكائنات الحية التي تتحرك في الماء بطريقة تفاعلية (وفقًا لـ S. A. Zernov، 1949):

1 – السوطية Medusoكلوريس فيالي؛

2 – الهدبية Craspedotellapilosus;

3 – قنديل البحر Cytaeis الشائع.

4 - بيلاجوثوريا هولوثوريا السطحية؛

5 - يرقة اليعسوب الروك؛

6 – سباحة الأخطبوط Octopus vulgaris :

أ- اتجاه تدفق الماء؛

ب- اتجاه حركة الحيوان

مثال آخر هو تقسيم الكائنات الحية إلى مجموعات حسب طبيعة التغذية.ذاتية التغذيةهي كائنات حية تستخدم مركبات غير عضوية كمصدر لبناء أجسامها. متغاير- جميع الكائنات الحية التي تحتاج إلى غذاء من أصل عضوي. في المقابل، يتم تقسيم الكائنات ذاتية التغذية إلى صورو كيميائي.يستخدم الأول طاقة ضوء الشمس لتركيب الجزيئات العضوية، بينما يستخدم الأخير طاقة الروابط الكيميائية. تنقسم المتغايرون إلى فطريات مترممة،باستخدام محاليل المركبات العضوية البسيطة، و هولوزوان.تمتلك الكائنات المجسمة مجموعة معقدة من الإنزيمات الهاضمة ويمكنها استهلاك مركبات عضوية معقدة وتقسيمها إلى مكونات أبسط. يتم تقسيم Holozoans إلى الرمام(تتغذى على بقايا النباتات الميتة) phytophages(مستهلكو النباتات الحية)، Zoophages(بحاجة إلى طعام حي) و الجثث(الحيوانات آكلة اللحوم). وفي المقابل، يمكن تقسيم كل مجموعة من هذه المجموعات إلى مجموعات أصغر لها أنماطها الغذائية الخاصة.

خلاف ذلك، يمكنك بناء التصنيف حسب طريقة الحصول على الغذاء.بين الحيوانات، على سبيل المثال، مجموعات مثل المرشحات(القشريات الصغيرة، بلا أسنان، الحوت، الخ)، أشكال الرعي(ذوات الحوافر ، خنافس الأوراق) ، جامعي(نقار الخشب، الشامات، الزبابة، الدجاج)، الصيادين من الفريسة المتحركة(الذئاب والأسود والذباب الأسود وغيرها) وعدد من المجموعات الأخرى. وهكذا، على الرغم من الاختلاف الكبير في التنظيم، فإن نفس الطريقة في السيطرة على الفريسة في الأسود والفراش تؤدي إلى عدد من أوجه التشابه في عادات الصيد والسمات الهيكلية العامة: نحافة الجسم، والنمو القوي للعضلات، والقدرة على تطوير قصر القامة. مصطلح سرعة عالية، الخ.

تساعد التصنيفات البيئية على تحديد الطرق الممكنة في الطبيعة للكائنات الحية للتكيف مع البيئة.

2.5. الحياة النشطة والخفية

يعد التمثيل الغذائي أحد أهم خصائص الحياة، والذي يحدد الارتباط الوثيق بين المواد والطاقة للكائنات الحية مع البيئة. يظهر التمثيل الغذائي اعتماداً قوياً على الظروف المعيشية. في الطبيعة، نلاحظ حالتين رئيسيتين للحياة: الحياة النشطة والسلام. خلال الحياة النشطة، تتغذى الكائنات الحية، وتنمو، وتتحرك، وتتطور، وتتكاثر، وتتميز بعملية التمثيل الغذائي المكثف. يمكن أن تختلف الراحة في العمق والمدة، حيث تضعف العديد من وظائف الجسم أو لا تتم على الإطلاق، حيث ينخفض ​​مستوى التمثيل الغذائي تحت تأثير العوامل الخارجية والداخلية.

في حالة الراحة العميقة، أي انخفاض استقلاب المادة والطاقة، تصبح الكائنات الحية أقل اعتمادًا على البيئة، وتكتسب درجة عالية من الاستقرار وتكون قادرة على تحمل الظروف التي لا يمكنها تحملها أثناء الحياة النشطة. تتناوب هاتان الدولتان في حياة العديد من الأنواع، كونها تكيفًا مع الموائل ذات المناخ غير المستقر والتغيرات الموسمية الحادة، وهو أمر نموذجي بالنسبة لمعظم أنحاء الكوكب.

مع القمع العميق لعملية التمثيل الغذائي، قد لا تظهر الكائنات الحية علامات واضحة للحياة على الإطلاق. إن مسألة ما إذا كان من الممكن إيقاف عملية التمثيل الغذائي تمامًا مع العودة اللاحقة إلى الحياة النشطة، أي نوع من "القيامة من بين الأموات"، كانت موضع نقاش في العلوم لأكثر من قرنين من الزمان.

ظاهرة لأول مرة الموت الخياليتم اكتشافه عام 1702 على يد أنتوني فان ليفينهوك، مكتشف العالم المجهري للكائنات الحية. عندما جفت قطرات الماء، ذبلت "الحيوانات" (الدوارات) التي لاحظها، وبدت ميتة، ويمكن أن تظل على هذه الحالة لفترة طويلة (الشكل 8). وبعد وضعها مرة أخرى في الماء، انتفخت وبدأت حياة نشطة. وأوضح ليفينهوك هذه الظاهرة بحقيقة أن قشرة "الكائنات الحيوانية" على ما يبدو "لا تسمح بأدنى تبخر" وتظل على قيد الحياة في الظروف الجافة. ومع ذلك، في غضون بضعة عقود، كان علماء الطبيعة يتجادلون بالفعل حول إمكانية "توقف الحياة تمامًا" واستعادتها مرة أخرى "خلال 20 أو 40 أو 100 عام أو أكثر".

في السبعينيات من القرن الثامن عشر. تم اكتشاف ظاهرة "القيامة" بعد التجفيف وتأكيدها من خلال تجارب عديدة على عدد من الكائنات الحية الصغيرة الأخرى - ثعابين القمح والديدان الخيطية حرة المعيشة وبطيئات المشية. جادل جيه بوفون، مكررًا تجارب جيه نيدهام مع الثعابين، بأن "هذه الكائنات يمكن جعلها تموت وتعود إلى الحياة مرة أخرى عدة مرات حسب الرغبة". كان L. Spallanzani أول من لفت الانتباه إلى السكون العميق للبذور وأبواغ النباتات، معتبرًا ذلك بمثابة الحفاظ عليها مع مرور الوقت.

أرز. 8. Rotifer Philidina roseola في مراحل مختلفة من التجفيف (وفقًا لـ P. Yu. Schmidt، 1948):

1 - نشيط؛ 2 - بداية التعاقد؛ 3 - منكمشة بالكامل قبل التجفيف؛ 4 - في حالة الرسوم المتحركة المعلقة

في منتصف القرن التاسع عشر. لقد ثبت بشكل مقنع أن مقاومة الدوارات الجافة وبطيئات المشية والديدان الخيطية لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة ونقص أو غياب الأكسجين تزيد بما يتناسب مع درجة الجفاف. ومع ذلك، ظل السؤال مفتوحا، ما إذا كان هذا قد أدى إلى انقطاع كامل للحياة أم مجرد اضطهاد عميق لها. في عام 1878، طرح كلود برنال هذا المفهوم "الحياة الخفية"والذي وصفه بتوقف عملية التمثيل الغذائي و"انقطاع العلاقة بين الوجود والبيئة".

تم حل هذه المشكلة أخيرًا فقط في الثلث الأول من القرن العشرين مع تطور تقنية التجفيف بالفراغ العميق. أظهرت تجارب ج. رام، ب. بيكريل وعلماء آخرين هذا الاحتمال التوقف الكامل للحياة.في الحالة الجافة، عندما لا يبقى أكثر من 2٪ من الماء في الخلايا في شكل مرتبط كيميائيًا، فإن الكائنات الحية مثل الدوارات وبطيئات المشية والديدان الخيطية الصغيرة والبذور وأبواغ النباتات وجراثيم البكتيريا والفطريات تصمد أمام التعرض للأكسجين السائل ( -218.4 درجة مئوية)، الهيدروجين السائل (-259.4 درجة مئوية)، الهيليوم السائل (-269.0 درجة مئوية)، أي درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. في هذه الحالة، تتصلب محتويات الخلايا، حتى الحركة الحرارية للجزيئات غائبة، وتتوقف جميع عمليات التمثيل الغذائي بشكل طبيعي. وبعد وضعها في الظروف الطبيعية، تستمر هذه الكائنات في التطور. في بعض الأنواع، من الممكن إيقاف عملية التمثيل الغذائي عند درجات حرارة منخفضة للغاية دون تجفيف، بشرط ألا يتجمد الماء في حالة بلورية، ولكن في حالة غير متبلورة.

ويسمى التوقف المؤقت الكامل للحياة الرسوم المتحركة المعلقة. تم اقتراح هذا المصطلح من قبل V. Preyer في عام 1891. في حالة تعليق الحياة، تصبح الكائنات الحية مقاومة لمجموعة واسعة من التأثيرات. على سبيل المثال، في إحدى التجارب، صمدت بطيئات المشية أمام الإشعاع المؤين الذي يصل إلى 570 ألف رونتجنز لمدة 24 ساعة. وتحتفظ يرقات أحد البعوض الأفريقي تشيرونوموس، بوليبوديوم فاندربلانكي، بالقدرة على الحياة بعد التعرض لدرجة حرارة +102 درجة مئوية.

تعمل حالة الرسوم المتحركة المعلقة على توسيع حدود الحفاظ على الحياة بشكل كبير، بما في ذلك الوقت. على سبيل المثال، كشف الحفر العميق في سمك النهر الجليدي في القطب الجنوبي عن الكائنات الحية الدقيقة (جراثيم البكتيريا والفطريات والخميرة)، والتي تطورت لاحقًا على الوسائط المغذية العادية. يصل عمر الآفاق الجليدية المقابلة إلى 10-13 ألف سنة. كما تم عزل جراثيم بعض البكتيريا القابلة للحياة من طبقات أعمق عمرها مئات الآلاف من السنين.

ومع ذلك، فإن Anabiosis ظاهرة نادرة إلى حد ما. هذا غير ممكن لجميع الأنواع وهو حالة شديدة من الراحة في الطبيعة الحية. الشرط الضروري هو الحفاظ على الهياكل الدقيقة سليمة داخل الخلايا (العضيات والأغشية) أثناء التجفيف أو التبريد العميق للكائنات الحية. هذه الحالة مستحيلة بالنسبة لمعظم الأنواع التي لديها تنظيم معقد للخلايا والأنسجة والأعضاء.

تم العثور على القدرة على anabiosis في الأنواع التي لها بنية بسيطة أو مبسطة وتعيش في ظروف تقلبات حادة في الرطوبة (تجفيف المسطحات المائية الصغيرة، والطبقات العليا من التربة، وسائد الطحالب والأشنات، وما إلى ذلك).

الأشكال الأخرى من السكون المرتبطة بحالة انخفاض النشاط الحيوي نتيجة للتثبيط الجزئي لعملية التمثيل الغذائي هي أكثر انتشارًا في الطبيعة. أي درجة من الانخفاض في مستوى التمثيل الغذائي تزيد من استقرار الكائنات الحية وتسمح لها بإنفاق الطاقة بشكل اقتصادي أكثر.

تنقسم أشكال الراحة في حالة انخفاض النشاط الحيوي إلى قصور حيوي و كريبتوبيوسيس, أو السلام القسري و الراحة الفسيولوجية. في نقص الحيوية، يحدث تثبيط النشاط، أو السبات، تحت الضغط المباشر للظروف غير المواتية ويتوقف على الفور تقريبًا بعد عودة هذه الظروف إلى وضعها الطبيعي (الشكل 9). يمكن أن يحدث مثل هذا القمع للعمليات الحيوية مع نقص الحرارة والماء والأكسجين، مع زيادة الضغط الأسموزي، وما إلى ذلك. وفقًا للعامل الخارجي الرائد للراحة القسرية، هناك داء البرد(في درجات حرارة منخفضة)، اللاهيدروبيوس(مع نقص الماء)، نقص الأكسجين(في ظل الظروف اللاهوائية)، فرط التناضح(مع نسبة عالية من الملح في الماء)، الخ.

ليس فقط في القطب الشمالي والقطب الجنوبي، ولكن أيضًا في خطوط العرض الوسطى، تقضي بعض أنواع المفصليات المقاومة للصقيع (الكوليمبولا، وعدد من الذباب، والخنافس الأرضية، وما إلى ذلك) فصل الشتاء في حالة من السبات، وتذوب بسرعة وتتحول إلى النشاط تحت أشعة الشمس، ثم تفقد حركتها مرة أخرى عندما تنخفض درجة الحرارة. تتوقف النباتات التي تظهر في الربيع وتستأنف النمو والتطور بعد التبريد والاحترار. بعد هطول الأمطار، غالبًا ما تتحول التربة العارية إلى اللون الأخضر بسبب الانتشار السريع لطحالب التربة التي كانت في حالة سكون قسري.

أرز. 9. باجون - قطعة من الجليد متجمدة فيها سكان المياه العذبة (من S. A. Zernov، 1949)

يعتمد عمق ومدة القمع الأيضي أثناء نقص الحيوية على مدة وشدة العامل المثبط. يحدث السكون القسري في أي مرحلة من مراحل التطور. فوائد نقص الحيوية هي الاستعادة السريعة للحياة النشطة. ومع ذلك، فهذه حالة غير مستقرة نسبيًا للكائنات الحية، ويمكن أن تكون ضارة على مدى فترة طويلة بسبب عدم توازن العمليات الأيضية، واستنزاف موارد الطاقة، وتراكم المنتجات الأيضية غير المؤكسدة وغيرها من التغيرات الفسيولوجية غير المواتية.

Cryptobiosis هو نوع مختلف تمامًا من السكون. ويرتبط بمجموعة من التغيرات الفسيولوجية الداخلية التي تحدث مسبقًا، قبل بداية التغيرات الموسمية غير المواتية، وتكون الكائنات الحية جاهزة لها. Cryptobiosis هو تكيف في المقام الأول مع الدورية الموسمية أو غيرها من العوامل البيئية اللاأحيائية ودوريتها المنتظمة. إنه يشكل جزءًا من دورة حياة الكائنات الحية ولا يحدث في أي مرحلة، ولكن في مرحلة معينة من التطور الفردي، وتوقيتها ليتزامن مع الفترات الحرجة من السنة.

يستغرق الانتقال إلى حالة الراحة الفسيولوجية وقتًا. ويسبقه تراكم المواد الاحتياطية، والجفاف الجزئي للأنسجة والأعضاء، وانخفاض في شدة العمليات المؤكسدة وعدد من التغييرات الأخرى التي تقلل بشكل عام من استقلاب الأنسجة. في حالة الكريبتوبيوسيس، تصبح الكائنات الحية أكثر مقاومة للتأثيرات البيئية الضارة عدة مرات (الشكل 10). تعد عمليات إعادة الترتيب البيوكيميائية الرئيسية في هذه الحالة شائعة إلى حد كبير في النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة (على سبيل المثال، تحويل التمثيل الغذائي بدرجات متفاوتة إلى مسار تحلل السكر بسبب احتياطي الكربوهيدرات، وما إلى ذلك). يتطلب الخروج من داء الكريبتوبيوسيس أيضًا الوقت والطاقة ولا يمكن تحقيقه بمجرد إيقاف التأثير السلبي للعامل. وهذا يتطلب شروطًا خاصة تختلف باختلاف الأنواع (على سبيل المثال، التجميد، ووجود قطرات من الماء السائل، وطول معين من ساعات النهار، ونوعية معينة من الضوء، وتقلبات درجات الحرارة الإلزامية، وما إلى ذلك).

إن Cryptobiosis كإستراتيجية للبقاء في ظروف غير مواتية بشكل دوري للحياة النشطة هو نتاج التطور طويل المدى والانتقاء الطبيعي. يتم توزيعه على نطاق واسع في الحياة البرية. تتميز حالة الكريبتوبيوسيس، على سبيل المثال، ببذور النباتات والخراجات وجراثيم الكائنات الحية الدقيقة المختلفة والفطريات والطحالب. الكمون في المفصليات، والسبات في الثدييات، والسكون العميق للنباتات هي أيضًا أنواع مختلفة من الكريبتوبيوسيس.

أرز. 10. دودة الأرض في حالة كمون (بحسب ف. تيشلر، 1971)

تضمن حالات نقص الحيوية والكريبتوبيوسيس والبقاء على قيد الحياة بقاء الأنواع في الظروف الطبيعية لخطوط العرض المختلفة، والتي غالبًا ما تكون متطرفة، وتسمح بالحفاظ على الكائنات الحية خلال فترات طويلة غير مواتية، وتستقر في الفضاء وتدفع في نواح كثيرة حدود إمكانية الحياة وتوزيعها على العموم.