Le sol est un milieu intermédiaire entre l'eau (température, faible contenu oxygène, saturation en vapeur d'eau, présence d'eau et de sels) et d'air (cavités d'air, changements brusques d'humidité et de température dans les couches supérieures). Pour de nombreux arthropodes, le sol était le milieu par lequel ils pouvaient passer d’un mode de vie aquatique à un mode de vie terrestre.

Les principaux indicateurs des propriétés du sol, reflétant sa capacité à servir d'habitat aux organismes vivants, sont l'humidité, la température et la structure du sol. Les trois indicateurs sont étroitement liés les uns aux autres. À mesure que l’humidité augmente, la conductivité thermique augmente et l’aération du sol se détériore. Plus la température est élevée, plus l’évaporation se produit.

Les processus physiologiques se produisant dans la plante, l'activité vitale des micro-organismes et de la faune du sol ainsi que les processus chimiques de transformation des substances et de l'énergie ne sont possibles que dans certaines limites de température.

L’impact de la température du sol sur les plantes commence dès les premiers stades de leur croissance et de leur développement. De plus, les plantes individuelles ont des exigences différentes en ce qui concerne les conditions de température du sol. Outre les limites de température extrêmes qui caractérisent température minimale et maximum pour les espèces végétales individuelles, il existe un certain optimal. Les besoins en température de certaines plantes changent à mesure qu’elles grandissent et se développent.

La conductivité thermique du sol est la quantité de chaleur circulant à travers une couche de sol d'une superficie de 1 cm2 et d'une épaisseur de 1 cm dans une direction perpendiculaire à celle-ci avec une différence de 1 °C des deux côtés de la couche. La conductivité thermique, comme la capacité thermique, dépend de la granulométrie et compositions chimiques le sol, son humidité. Les sols secs et bien humus conduisent mal la chaleur ; les sols humides et lourds ont une conductivité thermique accrue.

L'eau (25-30 %) dans le sol est représentée par 4 types : gravitationnelle, hygroscopique (liée), capillaire et vapeur. gravitationnel- l'eau mobile, occupant de larges espaces entre les particules du sol, s'infiltre sous son propre poids jusqu'au niveau eaux souterraines. Facilement absorbé par les plantes. Hygroscopique, ou apparenté- s'adsorbe autour des particules colloïdales (argile, quartz) du sol et est retenu sous forme d'un film mince grâce aux liaisons hydrogène. Libéré d'eux quand haute température(102-105°C). Il est inaccessible aux plantes et ne s'évapore pas. Capillaire- retenu autour des particules de sol par tension superficielle. À travers des pores et des canaux étroits - capillaires, il s'élève du niveau de la nappe phréatique ou s'écarte des cavités contenant de l'eau gravitationnelle. Il est mieux retenu par les sols argileux et s'évapore facilement. Les plantes l'absorbent facilement.

La température est le facteur environnemental le plus important. La température a un impact énorme sur de nombreux aspects de la vie des organismes, leur géographie de distribution, leur reproduction et d'autres propriétés biologiques des organismes, qui dépendent principalement de la température. Portée, c'est-à-dire Les limites de température dans lesquelles la vie peut exister vont d'environ -200°C à +100°C, et des bactéries ont parfois été découvertes dans les sources chaudes à des températures de 250°C. En réalité, la plupart des organismes peuvent survivre dans une plage de températures encore plus étroite.

Certains types de micro-organismes, principalement des bactéries et des algues, sont capables de vivre et de se reproduire dans les sources chaudes à des températures proches du point d'ébullition. La limite supérieure de température pour les bactéries des sources chaudes est d’environ 90°C. La variabilité de la température est très importante d'un point de vue environnemental.

Toute espèce ne peut vivre que dans une certaine plage de températures, appelées températures mortelles maximales et minimales. Au-delà de ces températures extrêmes critiques, froid ou chaud, la mort de l’organisme survient. Quelque part entre eux se trouve une température optimale à laquelle l'activité vitale de tous les organismes, la matière vivante dans son ensemble, est active.

Sur la base de la tolérance des organismes aux conditions de température, ils sont divisés en eurythermiques et sténothermiques, c'est-à-dire capable de tolérer des fluctuations de température dans des limites larges ou étroites. Par exemple, les lichens et de nombreuses bactéries peuvent vivre à des températures différentes, ou les orchidées et autres plantes thermophiles des zones tropicales sont sténothermiques.

Certains animaux sont capables de maintenir une température corporelle constante, quelle que soit la température ambiante. De tels organismes sont appelés homéothermes. Chez d'autres animaux, la température corporelle varie en fonction de la température ambiante. On les appelle poïkilothermes. Selon la méthode d'adaptation des organismes aux conditions de température, ils sont divisés en deux groupes écologiques : les cryophylles - organismes adaptés au froid, aux basses températures ; thermophiles - ou aimant la chaleur.

La règle d'Allen- une règle écogéographique établie par D. Allen en 1877. Selon cette règle, parmi les formes apparentées d'animaux homéothermes (à sang chaud) menant un mode de vie similaire, ceux qui vivent dans des climats plus froids ont des parties du corps saillantes relativement plus petites : oreilles, pattes, queues, etc.

La réduction des parties saillantes du corps entraîne une diminution de la surface relative du corps et contribue à économiser la chaleur.

Un exemple de cette règle sont les représentants de la famille canine de diverses régions. Les oreilles les plus petites (par rapport à la longueur du corps) et le museau le moins allongé de cette famille se trouvent chez le renard arctique (zone : Arctique), et les plus grandes oreilles et un museau étroit et allongé - le renard fennec (région - Sahara).

Cette règle s'applique également aux populations humaines : le nez, les bras et les jambes les plus courts (par rapport à la taille du corps) sont caractéristiques des peuples Esquimaux-Aléoutes (Esquimaux, Inuits), et les bras et jambes les plus longs sont ceux des Fourrures et des Tutsis.

La règle de Bergman- une règle écogéographique formulée en 1847 par le biologiste allemand Karl Bergmann. La règle stipule que parmi les formes similaires d'animaux homéothermes (à sang chaud), les plus grands sont ceux qui vivent dans des climats plus froids - dans les hautes latitudes ou dans les montagnes. S'il existe des espèces étroitement apparentées (par exemple, des espèces du même genre) qui ne diffèrent pas significativement dans leurs habitudes alimentaires et leur mode de vie, alors des espèces plus grandes se trouvent également dans des climats plus rigoureux (froids).

La règle repose sur l'hypothèse que la production totale de chaleur chez les espèces endothermiques dépend du volume du corps et que le taux de transfert de chaleur dépend de sa surface. À mesure que la taille des organismes augmente, le volume du corps augmente plus rapidement que sa surface. Cette règle a d’abord été testée expérimentalement sur des chiens de différentes tailles. Il s'est avéré que la production de chaleur petits chiens plus élevé par unité de masse, mais quelle que soit sa taille, il reste pratiquement constant par unité de surface.

En effet, la règle de Bergmann est souvent respectée aussi bien au sein d’une même espèce que parmi des espèces étroitement apparentées. Par exemple, la forme Amour d'un tigre avec Extrême Orient plus grand que le Sumatra d'Indonésie. Les sous-espèces de loups du nord sont en moyenne plus grandes que celles du sud. Parmi les espèces étroitement apparentées du genre ours, les plus grandes vivent sous les latitudes septentrionales ( ours polaire, ours bruns avec o. Kodiak) et les plus petites espèces (par exemple, l'ours à lunettes) se trouvent dans les régions aux climats chauds.

En même temps, cette règle a été souvent critiquée ; il a été noté qu'il ne pouvait pas avoir général, puisque la taille des mammifères et des oiseaux est influencée par de nombreux autres facteurs que la température. De plus, les adaptations aux climats rigoureux au niveau de la population et des espèces se produisent souvent non pas par des changements dans la taille du corps, mais par des changements dans la taille des organes internes (augmentation de la taille du cœur et des poumons) ou par des adaptations biochimiques. Compte tenu de cette critique, il est nécessaire de souligner que la règle de Bergman est de nature statistique et manifeste clairement son effet, toutes choses étant égales par ailleurs.

Il existe en effet de nombreuses exceptions à cette règle. Ainsi, la plus petite race de mammouth laineux est connue de l'île polaire de Wrangel ; de nombreuses sous-espèces de loups de forêt sont plus grandes que les loups de la toundra (par exemple, la sous-espèce éteinte de la péninsule de Kenai ; on suppose que leur grande taille pourrait donner à ces loups un avantage lors de la chasse aux grands orignaux habitant la péninsule). La sous-espèce extrême-orientale de léopard vivant sur l'Amour est nettement plus petite que celle d'Afrique. Dans les exemples donnés, les formes comparées diffèrent par leur mode de vie (populations insulaires et continentales ; sous-espèces de la toundra, se nourrissant de proies plus petites, et sous-espèces forestières, se nourrissant de proies plus grosses).

En ce qui concerne les humains, la règle est applicable dans une certaine mesure (par exemple, des tribus pygmées sont apparemment apparues de manière répétée et indépendante dans différentes régions à climat tropical) ; cependant, les différences dans les régimes alimentaires et les coutumes locales, les migrations et la dérive génétique entre les populations limitent l'applicabilité de cette règle.

La règle de Gloger est-ce parmi des formes liées les unes aux autres (races ou sous-espèces différentes d'une même espèce, espèces apparentées) les animaux homéothermes (à sang chaud), ceux qui vivent dans des conditions chaudes et climat humide, sont de couleurs plus vives que celles qui vivent dans des climats froids et secs. Fondée en 1833 par Konstantin Gloger (Gloger C. W. L. ; 1803-1863), ornithologue polonais et allemand.

Par exemple, la plupart des espèces d’oiseaux du désert sont de couleur plus terne que leurs parents des forêts subtropicales et tropicales. La règle de Gloger s'explique à la fois par des considérations de camouflage et par l'influence des conditions climatiques sur la synthèse des pigments. Dans une certaine mesure, la règle de Gloger s'applique également aux animaux hypoikilothermes (à sang froid), en particulier les insectes.

L'humidité comme facteur environnemental

Au départ, tous les organismes étaient aquatiques. Ayant conquis la terre, ils n’ont pas perdu leur dépendance à l’eau. Une partie intégrante Tous les organismes vivants sont de l'eau. L'humidité est la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air. Sans humidité ni eau, il n'y a pas de vie.

L'humidité est un paramètre caractérisant la teneur en vapeur d'eau de l'air. L'humidité absolue est la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air et dépend de la température et de la pression. Cette quantité est appelée humidité relative (c'est-à-dire le rapport entre la quantité de vapeur d'eau dans l'air et la quantité saturée de vapeur dans certaines conditions de température et de pression.)

Dans la nature, il existe un rythme quotidien d’humidité. L'humidité fluctue verticalement et horizontalement. Ce facteur, avec la lumière et la température, joue un rôle important dans la régulation de l'activité des organismes et de leur répartition. L'humidité modifie également l'effet de la température.

Un facteur environnemental important est le séchage à l’air. L’effet desséchant de l’air est particulièrement important pour les organismes terrestres. Les animaux s'adaptent en se déplaçant vers des zones protégées et image active la vie se déroule la nuit.

Les plantes absorbent l’eau du sol et presque toute (97 à 99 %) s’évapore à travers les feuilles. Ce processus est appelé transpiration. L'évaporation refroidit les feuilles. Grâce à l'évaporation, les ions sont transportés à travers le sol jusqu'aux racines, les ions sont transportés entre les cellules, etc.

Une certaine quantité d’humidité est absolument nécessaire aux organismes terrestres. Beaucoup d'entre eux nécessitent une humidité relative de 100 % pour fonctionner normalement, et vice versa, un organisme dans des conditions normales ne peut pas vivre. pendant longtemps dans un air absolument sec, car il perd constamment de l'eau. L'eau est un élément essentiel de la matière vivante. Par conséquent, la perte d’une certaine quantité d’eau entraîne la mort.

Les plantes des climats secs s'adaptent grâce à des changements morphologiques et à la réduction des organes végétatifs, en particulier des feuilles.

Les animaux terrestres s'adaptent également. Beaucoup d’entre eux boivent de l’eau, d’autres l’absorbent par l’organisme sous forme liquide ou vapeur. Par exemple, la plupart des amphibiens, certains insectes et acariens. La plupart des animaux du désert ne boivent jamais ; ils satisfont leurs besoins à partir d’eau fournie en nourriture. D'autres animaux obtiennent de l'eau grâce au processus d'oxydation des graisses.

L'eau est absolument nécessaire aux organismes vivants. Ainsi, les organismes se répartissent dans leur habitat en fonction de leurs besoins : les organismes aquatiques vivre constamment dans l'eau; les hydrophytes ne peuvent vivre que dans des environnements très humides.

Du point de vue de la valence écologique, les hydrophytes et les hygrophytes appartiennent au groupe des sténogyres. L'humidité affecte grandement les fonctions vitales des organismes, par exemple 70 % humidité relative a été très favorable à la maturation au champ et à la fertilité des criquets migrateurs femelles. Lorsqu'elles sont propagées avec succès, elles causent d'énormes dégâts économiques aux cultures dans de nombreux pays.

Pour l'évaluation écologique de la répartition des organismes, l'indicateur d'aridité climatique est utilisé. La sécheresse sert de facteur sélectif pour la classification écologique des organismes.

Ainsi, en fonction des caractéristiques hygrométriques du climat local, les espèces d'organismes sont réparties en groupes écologiques :

1. Les hydatophytes sont plantes aquatiques.

2. Les hydrophytes sont des plantes terrestres et aquatiques.

3. Hygrophytes - plantes terrestres vivant dans des conditions de forte humidité.

4. Les mésophytes sont des plantes qui poussent avec une humidité moyenne

5. Les xérophytes sont des plantes qui poussent avec une humidité insuffisante. Elles sont à leur tour divisées en : plantes succulentes - plantes succulentes (cactus) ; les sclérophytes sont des plantes aux feuilles étroites et petites, enroulées en tubes. Ils sont également divisés en euxérophytes et stypaxérophytes. Les euxérophytes sont des plantes des steppes. Les stypaxérophytes sont un groupe de graminées à gazon à feuilles étroites (herbe à plumes, fétuque, tonkonogo, etc.). À leur tour, les mésophytes sont également divisés en mésohygrophytes, mésoxérophytes, etc.

Bien que d’importance inférieure à la température, l’humidité est néanmoins l’un des principaux facteurs environnementaux. Pendant la majeure partie de l’histoire de la nature vivante, le monde organique était représenté exclusivement par des organismes aquatiques. L’eau fait partie intégrante de la grande majorité des êtres vivants, et presque tous ont besoin d’un environnement aquatique pour se reproduire ou fusionner les gamètes. Les animaux terrestres sont obligés de créer des Environnement aquatique pour la fécondation, ce qui conduit à ce que cette dernière devienne interne.

L'humidité est la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air. Elle peut être exprimée en grammes par mètre cube.

La lumière comme facteur environnemental. Le rôle de la lumière dans la vie des organismes

La lumière est l'une des formes d'énergie. Selon la première loi de la thermodynamique, ou loi de conservation de l’énergie, l’énergie peut passer d’une forme à une autre. Selon cette loi, les organismes constituent un système thermodynamique échangeant constamment de l’énergie et de la matière avec l’environnement. Les organismes à la surface de la Terre sont exposés à un flux d’énergie, principalement l’énergie solaire, ainsi qu’au rayonnement thermique à ondes longues des corps cosmiques.

Ces deux facteurs déterminent conditions climatiques environnement (température, taux d'évaporation de l'eau, mouvement de l'air et de l'eau). La lumière du soleil avec une énergie de 2 cal tombe sur la biosphère depuis l'espace. de 1 cm 2 en 1 min. C'est ce qu'on appelle la constante solaire. Cette lumière, traversant l’atmosphère, est affaiblie et pas plus de 67 % de son énergie ne peut atteindre la surface de la Terre par temps clair, c’est-à-dire 1,34 cal. par cm 2 en 1 min. De passage couverture nuageuse, l'eau et la végétation, la lumière du soleil est encore plus affaiblie et la répartition de l'énergie dans différentes parties du spectre change de manière significative.

Le degré d’atténuation de la lumière solaire et du rayonnement cosmique dépend de la longueur d’onde (fréquence) de la lumière. Le rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde inférieure à 0,3 micron ne traverse pratiquement pas la couche d'ozone (à une altitude d'environ 25 km). Un tel rayonnement est dangereux pour un organisme vivant, notamment pour le protoplasme.

Dans la nature vivante, la lumière est la seule source d'énergie ; toutes les plantes, à l'exception des bactéries, effectuent la photosynthèse, c'est-à-dire synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques (c'est-à-dire à partir de l'eau, des sels minéraux et du CO-Dans la nature vivante, la lumière est la seule source d'énergie, toutes les plantes sauf les bactéries 2 - utilisant l'énergie rayonnante dans le processus d'assimilation). Tous les organismes dépendent pour leur nutrition des organismes photosynthétiques terrestres, c'est-à-dire plantes chlorophylliennes.

La lumière en tant que facteur environnemental est divisée en ultraviolet avec une longueur d'onde de 0,40 à 0,75 microns et en infrarouge avec une longueur d'onde supérieure à ces grandeurs.

L'action de ces facteurs dépend des propriétés des organismes. Chaque type d'organisme est adapté à une longueur d'onde particulière de la lumière. Certains types d’organismes se sont adaptés au rayonnement ultraviolet, tandis que d’autres se sont adaptés au rayonnement infrarouge.

Certains organismes sont capables de distinguer les longueurs d'onde. Ils possèdent des systèmes spéciaux de perception de la lumière et une vision des couleurs, qui revêtent une grande importance dans leur vie. De nombreux insectes sont sensibles aux rayonnements à ondes courtes, que les humains ne peuvent pas percevoir. Les papillons perçoivent bien les rayons ultraviolets. Les abeilles et les oiseaux déterminent avec précision leur emplacement et naviguer sur le terrain même la nuit.

Les organismes réagissent également fortement à l’intensité lumineuse. Sur la base de ces caractéristiques, les plantes sont divisées en trois groupes écologiques :

1. Amoureux de la lumière, du soleil ou héliophytes - qui ne peuvent se développer normalement que sous les rayons du soleil.

2. Les amateurs d’ombre, ou sciophytes, sont des plantes niveaux inférieurs forêts et plantes des grands fonds, par exemple le muguet et autres.

À mesure que l’intensité lumineuse diminue, la photosynthèse ralentit également. Tous les organismes vivants ont un seuil de sensibilité à l’intensité lumineuse, ainsi qu’à d’autres facteurs environnementaux. Différents organismes ont des seuils de sensibilité différents aux facteurs environnementaux. Par exemple, une lumière intense inhibe le développement des mouches drosophiles, provoquant même leur mort. Les cafards et autres insectes n’aiment pas la lumière. Dans la plupart des plantes photosynthétiques, à faible intensité lumineuse, la synthèse des protéines est inhibée et chez les animaux, les processus de biosynthèse sont inhibés.

3. Héliophytes tolérants à l’ombre ou facultatifs. Plantes qui poussent bien à l'ombre et à la lumière. Chez les animaux, ces propriétés des organismes sont appelées aimant la lumière (photophiles), aimant l'ombre (photophobes), euryphobe - sténophobe.

Valence environnementale

le degré d'adaptabilité d'un organisme vivant aux changements des conditions environnementales. E.v. représente une propriété d’espèce. Elle s'exprime quantitativement par l'éventail des changements environnementaux dans lesquels une espèce donnée maintient une activité vitale normale. E.v. peut être considéré à la fois par rapport à la réaction d'une espèce à des facteurs environnementaux individuels et par rapport à un complexe de facteurs.

Dans le premier cas, les espèces qui tolèrent de larges changements dans la force du facteur d'influence sont désignées par un terme composé du nom de ce facteur avec le préfixe « eury » (eurythermal - par rapport à l'influence de la température, euryhaline - par rapport à la salinité, eurybathère - par rapport à la profondeur, etc.) ; les espèces adaptées uniquement à de petits changements de ce facteur sont désignées par un terme similaire avec le préfixe « sténo » (sténothermique, sténohaline, etc.). Espèce à large E. v. en relation avec un complexe de facteurs, ils sont appelés eurybiontes (Voir Eurybiontes) contrairement aux sténobiontes (Voir Stenobiontes), qui ont une faible adaptabilité. Étant donné que l'eurybionticité permet de peupler une variété d'habitats et que la sténobionticité réduit considérablement la gamme d'habitats adaptés à l'espèce, ces deux groupes sont souvent appelés respectivement eury- ou sténotopique.

Eurybiontes, organismes animaux et végétaux capables d'exister dans des conditions environnementales modifiées de manière significative. Par exemple, les habitants du littoral marin subissent un assèchement régulier à marée basse, un fort échauffement en été et un refroidissement et parfois un gel en hiver (animaux eurythermaux) ; Les habitants des estuaires des rivières peuvent y résister. fluctuations de la salinité de l'eau (animaux euryhalins) ; un certain nombre d'animaux existent dans une large gamme de pression hydrostatique (eurybates). De nombreux habitants terrestres des latitudes tempérées sont capables de résister à d'importantes fluctuations saisonnières de température.

L'eurybiontisme de l'espèce est augmenté par la capacité à tolérer des conditions défavorables en état d'anabiose (nombreuses bactéries, spores et graines de nombreuses plantes, plantes vivaces adultes des latitudes froides et tempérées, bourgeons hivernants d'éponges d'eau douce et de bryozoaires, œufs de branchiaux crustacés, tardigrades adultes et certains rotifères, etc.) ou l'hibernation (certains mammifères).

LA RÈGLE DE CHETVERIKOV, En règle générale, selon Krom, dans la nature, tous les types d'organismes vivants ne sont pas représentés par des individus isolés, mais sous la forme d'agrégats de nombres (parfois très importants) d'individus-populations. Élevé par S. S. Chetverikov (1903).

Voir- il s'agit d'un ensemble historiquement établi de populations d'individus, similaires par leurs propriétés morpho-physiologiques, capables de se croiser librement et de produire une progéniture fertile, occupant une certaine zone. Chaque type d’organisme vivant peut être décrit par un ensemble de traits caractéristiques, propriétés appelées caractéristiques de l’espèce. Les caractéristiques d'une espèce par lesquelles une espèce peut être distinguée d'une autre sont appelées critères d'espèce.

Les plus couramment utilisés sont sept critères généraux de la forme :

1. Type spécifique d'organisation : agrégat traits caractéristiques, permettant de distinguer les individus d'une espèce donnée des individus d'une autre.

2. Certitude géographique : existence d'individus d'une espèce dans un lieu précis sur globe; aire de répartition - la zone où vivent les individus d'une espèce donnée.

3. Certitude écologique : les individus d'une espèce vivent dans une plage spécifique de valeurs de facteurs physiques environnementaux, tels que la température, l'humidité, la pression, etc.

4. Différenciation : une espèce est constituée de petits groupes d'individus.

5. Discrétion : les individus d'une espèce donnée sont séparés des individus d'une autre par un écart - le hiatus est déterminé par l'action de mécanismes d'isolement, tels que des divergences dans le moment de la reproduction, l'utilisation de réactions comportementales spécifiques, la stérilité des hybrides. , etc.

6. Reproductibilité : la reproduction des individus peut être réalisée de manière asexuée (le degré de variabilité est faible) et sexuellement (le degré de variabilité est élevé, puisque chaque organisme combine les caractéristiques du père et de la mère).

7. Un certain niveau de nombres : les nombres subissent des changements périodiques (vagues de vie) et non périodiques.

Les individus de toutes espèces sont répartis de manière extrêmement inégale dans l'espace. Par exemple, l'ortie, dans son aire de répartition, ne se trouve que dans les endroits humides et ombragés avec un sol fertile, formant des fourrés dans les plaines inondables des rivières, des ruisseaux, autour des lacs, le long des bords des marécages, dans forêts mixtes et des bosquets de buissons. Des colonies de taupes européennes, bien visibles sur les mottes de terre, se trouvent à la lisière des forêts, dans les prairies et les champs. Convient pour la vie
Bien que les habitats se trouvent souvent dans l'aire de répartition, ils ne couvrent pas toute l'aire de répartition et, par conséquent, les individus de cette espèce ne se trouvent pas dans d'autres parties de celle-ci. Cela ne sert à rien de chercher des orties forêt de pins ou une taupe dans un marais.

Ainsi, la répartition inégale d'une espèce dans l'espace s'exprime sous la forme d'« îlots de densité », de « condensations ». Les zones de répartition relativement élevée de cette espèce alternent avec des zones de faible abondance. Ces « centres de densité » de la population de chaque espèce sont appelés populations. Une population est un ensemble d'individus d'une espèce donnée, habitant un certain espace (une partie de son aire de répartition) pendant une longue période (un grand nombre de générations), et isolés des autres populations similaires.

La traversée libre (panmixie) a pratiquement lieu au sein de la population. En d’autres termes, une population est un groupe d’individus librement regroupés, vivant longtemps sur un certain territoire et relativement isolés des autres groupes similaires. Une espèce est donc un ensemble de populations et une population est une unité structurelle d’une espèce.

Différence entre une population et une espèce :

1) les individus de populations différentes se croisent librement,

2) les individus de populations différentes diffèrent peu les uns des autres,

3) il n'y a pas d'écart entre deux populations voisines, c'est-à-dire qu'il y a une transition progressive entre elles.

Le processus de spéciation. Supposons qu'une espèce donnée occupe un certain habitat déterminé par son mode d'alimentation. En raison de la divergence entre les individus, la portée augmente. Le nouvel habitat contiendra des zones avec différentes plantes alimentaires, propriétés physiques et chimiques, etc. Les individus qui se trouvent dans différentes parties de l'habitat forment des populations. À l’avenir, en raison des différences toujours croissantes entre les individus d’une population, il deviendra de plus en plus évident que les individus d’une population diffèrent d’une manière ou d’une autre de ceux d’une autre population. Un processus de divergence de population est en cours. Les mutations s'accumulent dans chacun d'eux.

Les représentants de toute espèce dans la partie locale de l'aire de répartition forment une population locale. L'ensemble des populations locales associées à des zones de l'habitat homogènes en termes de conditions de vie constitue une population écologique. Ainsi, si une espèce vit dans une prairie et une forêt, on parle alors de ses populations de gomme et de prairie. Les populations situées dans l'aire de répartition d'une espèce et associées à des limites géographiques spécifiques sont appelées populations géographiques.
La taille et les limites des populations peuvent changer radicalement. Lors des poussées de reproduction massive, l’espèce se propage très largement et des populations géantes apparaissent.

Un ensemble de populations géographiques présentant des caractéristiques stables, la capacité de se croiser et de produire une progéniture fertile est appelé une sous-espèce. Darwin a dit que la formation de nouvelles espèces se fait par le biais de variétés (sous-espèces).

Cependant, il ne faut pas oublier que dans la nature, il manque souvent un élément.
Les mutations survenant chez les individus de chaque sous-espèce ne peuvent à elles seules conduire à la formation de nouvelles espèces. La raison réside dans le fait que cette mutation se propagera dans toute la population, puisque les individus de la sous-espèce, comme nous le savons, ne sont pas isolés sur le plan reproductif. Si une mutation est bénéfique, elle augmente l’hétérozygotie de la population ; si elle est nuisible, elle sera simplement rejetée par sélection.

En raison du processus de mutation constant et du libre croisement, les mutations s’accumulent dans les populations. Selon la théorie de II Shmalhausen, une réserve de variabilité héréditaire est créée, c'est-à-dire que la grande majorité des mutations qui surviennent sont récessives et ne se manifestent pas de manière phénotypique. Une fois atteinte une forte concentration de mutations à l’état hétérozygote, le croisement d’individus porteurs de gènes récessifs devient possible. Dans ce cas, apparaissent des individus homozygotes chez lesquels les mutations se manifestent déjà de manière phénotypique. Dans ces cas, les mutations sont déjà sous contrôle sélection naturelle.
Mais ce n'est pas encore le cas d'une importance décisive pour le processus de spéciation, car les populations naturelles sont ouvertes et des gènes étrangers provenant des populations voisines y sont constamment introduits.

Il existe un flux génétique suffisant pour maintenir une grande similarité des pools génétiques (la totalité de tous les génotypes) de toutes les populations locales. On estime que la reconstitution du patrimoine génétique due à des gènes étrangers dans une population composée de 200 individus, chacun possédant 100 000 locus, est 100 fois plus importante que celle due à des mutations. En conséquence, aucune population ne peut changer radicalement tant qu’elle est soumise à l’influence normalisatrice du flux génétique. La résistance d'une population aux modifications de sa composition génétique sous l'influence de la sélection est appelée homéostasie génétique.

En raison de l’homéostasie génétique d’une population, la formation d’une nouvelle espèce est très difficile. Encore une condition à remplir ! À savoir, il est nécessaire d’isoler le pool génétique de la population fille du pool génétique maternel. L'isolement peut prendre deux formes : spatiale et temporelle. L'isolement spatial est dû à diverses barrières géographiques, telles que les déserts, les forêts, les rivières, les dunes et les plaines inondables. Le plus souvent, l'isolement spatial se produit en raison d'une forte réduction de la portée continue et de sa désintégration en poches ou niches séparées.

Souvent, une population se retrouve isolée à cause de la migration. Dans ce cas, une population isolée apparaît. Cependant, comme le nombre d'individus dans une population isolée est généralement faible, il existe un risque de consanguinité - dégénérescence associée à la consanguinité. La spéciation basée sur l'isolement spatial est dite géographique.

La forme temporaire d'isolement comprend des changements dans le calendrier de reproduction et des changements dans l'ensemble du cycle de vie. La spéciation basée sur un isolement temporaire est dite écologique.
L’élément décisif dans les deux cas est la création d’un nouveau système génétique incompatible avec l’ancien. L'évolution se réalise par la spéciation, c'est pourquoi on dit qu'une espèce est un système évolutif élémentaire. Une population est une unité évolutive élémentaire !

Caractéristiques statistiques et dynamiques des populations.

Les espèces d'organismes entrent dans la biocénose non pas en tant qu'individus, mais en tant que populations ou parties de celles-ci. Une population est une partie d'une espèce (constituée d'individus d'une même espèce), occupant un espace relativement homogène et capable de s'autoréguler et de maintenir un certain nombre. Chaque espèce sur le territoire occupé se divise en populations. Si l'on considère l'impact des facteurs environnementaux sur un organisme individuel, alors à un certain niveau du facteur (par exemple, la température), l'individu étudié survivra ou mourra. Le tableau change lorsqu'on étudie l'effet du même facteur sur un groupe d'organismes de la même espèce.

Certains individus mourront ou réduiront leur activité vitale à une température spécifique, d'autres - à une température plus basse, et d'autres encore - à une température plus élevée. Par conséquent, nous pouvons donner une autre définition d'une population : tous les organismes vivants, afin de survivre et de donner. la progéniture doit, dans des conditions environnementales dynamiques, exister sous la forme de groupes ou de populations, c'est-à-dire un ensemble d'individus cohabitant avec une hérédité similaire. La caractéristique la plus importante d'une population est le territoire total qu'elle occupe. Mais au sein d’une population, il peut exister des groupes plus ou moins isolés pour diverses raisons.

Par conséquent, il est difficile de donner une définition exhaustive de la population en raison des frontières floues entre les différents groupes d'individus. Chaque espèce est constituée d'une ou plusieurs populations, et une population est donc la forme d'existence d'une espèce, sa plus petite unité évolutive. Pour les populations de diverses espèces, il existe des limites acceptables pour la réduction du nombre d'individus, au-delà desquelles l'existence de la population devient impossible. Il n'existe pas de données exactes sur les valeurs critiques des effectifs de population dans la littérature. Les valeurs données sont contradictoires. Cependant, il reste incontestable que plus les individus sont petits, plus les valeurs critiques de leur nombre sont élevées. Pour les micro-organismes, cela représente des millions d'individus, pour les insectes, des dizaines et des centaines de milliers, et pour grands mammifères- Quelques dizaines.

Le nombre ne doit pas diminuer en dessous des limites au-delà desquelles la probabilité de rencontrer des partenaires sexuels diminue fortement. Le nombre critique dépend également d’autres facteurs. Par exemple, pour certains organismes, un mode de vie en groupe (colonies, troupeaux) est spécifique. Les groupes au sein d’une population sont relativement isolés. Il peut y avoir des cas où la taille de la population dans son ensemble est encore assez importante et où le nombre de groupes individuels est réduit en dessous des limites critiques.

Par exemple, une colonie (groupe) de cormorans péruviens devrait avoir une population d'au moins 10 000 individus et un troupeau de rennes de 300 à 400 têtes. Comprendre les mécanismes de fonctionnement et résoudre les problématiques d’utilisation des populations grande importance avoir des informations sur leur structure. Il existe des types de structure selon le sexe, l'âge, le territoire et d'autres types de structure. En termes théoriques et appliqués, les données les plus importantes concernent la structure par âge - le rapport entre les individus (souvent regroupés en groupes) d'âges différents.

Les animaux sont répartis dans les tranches d'âge suivantes :

Groupe juvénile (enfants) groupe sénile (groupe sénile, non impliqué dans la reproduction)

Groupe adulte (individus engagés dans la reproduction).

En règle générale, les populations normales se caractérisent par la plus grande viabilité, dans laquelle tous les âges sont représentés de manière relativement égale. Dans une population régressive (en voie de disparition), les individus séniles prédominent, ce qui indique la présence de facteurs négatifs qui perturbent les fonctions de reproduction. Des mesures urgentes sont nécessaires pour identifier et éliminer les causes de cette maladie. Les populations envahissantes (invasives) sont représentées principalement par de jeunes individus. Leur vitalité n'est généralement pas préoccupante, mais il existe une forte probabilité d'apparition d'un nombre excessivement élevé d'individus, car aucun lien trophique ou autre ne s'est formé dans ces populations.

C’est particulièrement dangereux s’il s’agit d’une population d’espèces auparavant absentes de la zone. Dans ce cas, les populations trouvent et occupent généralement une niche écologique libre et réalisent leur potentiel de reproduction, augmentant intensément leur nombre. Si la population est dans un état normal ou proche de la normale, une personne peut en retirer le nombre d'individus (chez les animaux). ) ou la biomasse (dans les plantes), qui augmente au fil du temps entre les prélèvements. Tout d’abord, les individus en âge de post-production (qui ont terminé leur reproduction) doivent être éliminés. Si l'objectif est d'obtenir un certain produit, alors l'âge, le sexe et d'autres caractéristiques des populations sont ajustés en tenant compte de la tâche.

L'exploitation des populations de communautés végétales (par exemple, pour la production de bois) est généralement programmée pour coïncider avec la période de ralentissement de la croissance lié à l'âge (accumulation de produits). Cette période coïncide généralement avec l’accumulation maximale de masse ligneuse par unité de surface. La population est également caractérisée par un certain sex-ratio, et le rapport entre hommes et femmes n'est pas égal à 1:1. Il existe des cas connus de forte prédominance d'un sexe ou d'un autre, d'alternance de générations avec absence de mâles. Chaque population peut également avoir une structure spatiale complexe (divisée en groupes hiérarchiques plus ou moins larges - du géographique au élémentaire (micropopulations).

Ainsi, si le taux de mortalité ne dépend pas de l'âge des individus, alors la courbe de survie est une ligne décroissante (voir figure, type I). C'est-à-dire que la mort des individus se produit de manière uniforme dans ce type, le taux de mortalité reste constant tout au long de la vie. Une telle courbe de survie est caractéristique des espèces dont le développement se fait sans métamorphose avec une stabilité suffisante de la progéniture née. Ce type est généralement appelé type hydre - il se caractérise par une courbe de survie proche d'une ligne droite. Chez les espèces pour lesquelles le rôle facteurs externes Si la mortalité est faible, la courbe de survie se caractérise par une légère diminution jusqu'à un certain âge, après quoi on constate une forte baisse du fait de la mortalité naturelle (physiologique).

Type II sur la photo. La nature de la courbe de survie proche de ce type est caractéristique des humains (bien que la courbe de survie humaine soit un peu plus plate et se situe donc entre les types I et II). Ce type est appelé type drosophile : c'est ce que les mouches des fruits présentent dans des conditions de laboratoire (non mangées par les prédateurs). De nombreuses espèces se caractérisent par des taux de mortalité élevés étapes préliminaires l'ontogenèse. Chez ces espèces, la courbe de survie se caractérise par une forte baisse chez les plus jeunes. Les individus qui survivent à l’âge « critique » présentent une faible mortalité et vivent jusqu’à un âge plus avancé. Le type est appelé type huître. Type III sur la photo. L'étude des courbes de survie présente un grand intérêt pour l'écologiste. Cela nous permet de juger à quel âge une espèce particulière est la plus vulnérable. Si les effets des causes susceptibles de modifier la fécondité ou la mortalité se produisent au stade le plus vulnérable, leur influence sur le développement ultérieur de la population sera alors la plus grande. Ce schéma doit être pris en compte lors de l'organisation de la chasse ou de la lutte antiparasitaire.

Structures par âge et sexe des populations.

Toute population est caractérisée par une certaine organisation. Répartition des individus sur le territoire, ratio des groupes d'individus par sexe, âge, morphologique, physiologique, comportemental et caractéristiques génétiques refléter la pertinence structure de la population : spatial, genre, âge, etc. La structure se forme, d'une part, sur la base des propriétés biologiques générales de l'espèce, et d'autre part, sous l'influence de facteurs environnementaux abiotiques et de populations d'autres espèces.

La structure de la population est donc de nature adaptative. Différentes populations de la même espèce présentent des caractéristiques à la fois similaires et distinctives qui caractérisent les conditions environnementales spécifiques de leurs habitats.

En général, en plus des capacités d'adaptation des individus individuels, dans certains territoires se forment des caractéristiques adaptatives d'adaptation de groupe de la population en tant que système supra-individuel, ce qui suggère que fonctionnalités adaptatives les populations sont bien supérieures à celles des individus qui les composent.

Composition par âge- est important pour l'existence d'une population. Durée moyenne La vie des organismes et le rapport du nombre (ou de la biomasse) d'individus d'âges différents sont caractérisés par la structure par âge de la population. La formation de la structure par âge résulte de l'action combinée des processus de reproduction et de mortalité.

Dans toute population, on distingue classiquement 3 groupes écologiques d'âge :

Pré-reproductif ;

Reproducteur;

Post-reproductif.

Le groupe préreproductif comprend les individus qui ne sont pas encore capables de se reproduire. Reproducteur - individus capables de se reproduire. Post-reproductif – individus qui ont perdu la capacité de se reproduire. La durée de ces périodes varie considérablement selon le type d'organisme.

Dans des conditions favorables, la population comprend tous les groupes d’âge et maintient une composition par âge plus ou moins stable. Dans les populations en croissance rapide, les individus jeunes prédominent, tandis que dans les populations en déclin, les individus plus âgés ne sont plus capables de se reproduire de manière intensive. Ces populations sont improductives et pas assez stables.

Il existe des types avec structure d'âge simple populations composées d’individus presque du même âge.

Par exemple, toutes les plantes annuelles d’une population sont au stade de semis au printemps, puis fleurissent presque simultanément et produisent des graines à l’automne.

Chez les espèces avec structure d'âge complexe les populations ont plusieurs générations vivant en même temps.

Par exemple, le cycle biologique des éléphants comprend des animaux jeunes, matures et vieillissants.

Les populations qui comprennent plusieurs générations (de différents groupes d'âge) sont plus stables et moins sensibles à l'influence de facteurs affectant la reproduction ou la mortalité au cours d'une année donnée. Des conditions extrêmes peuvent entraîner la mort des tranches d’âge les plus vulnérables, mais les plus résilientes survivent et donnent naissance à de nouvelles générations.

Par exemple, une personne est considérée comme espèce biologique, qui a une structure d’âge complexe. La stabilité des populations de l’espèce a par exemple été démontrée lors de la Seconde Guerre mondiale.

Pour étudier les structures par âge des populations, des techniques graphiques sont utilisées, par exemple les pyramides des âges, largement utilisées dans les études démographiques (Fig. 3.9).

Figure 3.9. Pyramides des âges de la population.

A - reproduction massive, B - population stable, C - population en déclin

La stabilité des populations d'espèces dépend en grande partie de structure sexuelle , c'est à dire. ratios d'individus de sexes différents. Les groupes sexuels au sein des populations se forment sur la base des différences de morphologie (forme et structure du corps) et d'écologie des différents sexes.

Par exemple, chez certains insectes, les mâles ont des ailes, mais pas les femelles, les mâles de certains mammifères ont des cornes, mais pas les femelles, les oiseaux mâles ont un plumage brillant, tandis que les femelles ont un camouflage.

Les différences écologiques se reflètent dans les préférences alimentaires (les femelles de nombreux moustiques sucent le sang, tandis que les mâles se nourrissent de nectar).

Le mécanisme génétique assure une proportion à peu près égale d'individus des deux sexes à la naissance. Cependant, le rapport initial est rapidement perturbé en raison des différences physiologiques, comportementales et environnementales entre mâles et femelles, entraînant une mortalité inégale.

L'analyse de la structure par âge et par sexe des populations nous permet de prédire ses effectifs pour un certain nombre de générations et d'années à venir. Ceci est important lors de l'évaluation des possibilités de pêche, de tir sur les animaux, de sauvegarde des récoltes contre les attaques acridiennes et dans d'autres cas.

Les processus chimiques nécessitent de l'énergie thermique. Les réactions biochimiques complexes en nécessitent particulièrement une grande quantité.

Par conséquent, la vie dans un état actif n’est possible qu’à une température ambiante suffisamment élevée. Tous les processus physiologiques, leur intensité et, dans certains cas, leur direction dépendent de la quantité de chaleur reçue par le corps.

Que sont conditions de température la vie sur Terre. Dans la plupart des organismes, l'activité vitale du protoplasme est possible dans une plage allant de moins 4 à plus 40-45°. Avec une augmentation progressive de la température, il est possible d'augmenter la résistance thermique des cellules et du corps, mais jusqu'à une certaine limite, après quoi commence la destruction des enzymes et autres composés protéiques, causant la mort. Cependant, des organismes exceptionnellement résistants et aimant la chaleur sont également apparus dans la nature. Comme on le sait, avec l'augmentation de la profondeur, la température la croûte terrestre se lève. Les microbiologistes pensent que la limite inférieure de la biosphère (c'est-à-dire la zone de la croûte terrestre et de l'atmosphère habitée par la vie) est une isotherme de +100°. Des types particuliers de bactéries ont été découverts dans les calcaires à des profondeurs allant jusqu'à 500 m de la surface de la Terre. Ces bactéries vivaient à +35°.

Certains animaux et algues peuvent habiter des sources chaudes, dans lesquelles des organismes ordinaires sont « cuits » en quelques minutes ou secondes. Il existe par exemple des algues qui poussent dans les lacs chauds à +90°. Dans certaines sources chaudes à +81°, des vers ronds - des nématodes - ont été trouvés ; les larves de mouches - à +69° et les escargots à +47, +50°.

Chez les organismes qui ne sont pas adaptés à la vie à des températures constamment élevées, la résistance à la chaleur est bien entendu beaucoup plus faible. Mais cela peut changer et dépend, comme il s’est avéré, des processus hormonaux et de la teneur en eau et en graisse du protoplasme. Les cellules animales sont rares longue durée tolérer des températures supérieures à 40°. Mais pendant la période de dormance, lorsque la teneur en eau diminue, la résistance à la chaleur augmente. Par exemple, les doryphores en diapause (période de repos, arrêt du développement des insectes) tolèrent une température de +58° pendant une heure.

Chez les micro-organismes au repos (kystes, spores), la quantité d'eau diminue très fortement, le protoplasme devient visqueux, il ne subit pas de dénaturation aux températures d'ébullition de l'eau, et parfois à + 130, + 150° (sous pression).

D’autres organismes, au contraire, se sont adaptés aux très basses températures, pour vivre dans les régions les plus froides de notre planète. Ainsi, dans la région du pôle froid de l'hémisphère nord - à Verkhoyansk - on trouve jusqu'à 200 espèces de plantes. Le continent Antarctique est presque totalement sans vie ; il n'y a pas assez de chaleur ici, il n'y a pas de sol, et des masses solides glace éternelle couvrir le continent. Mais dans les zones exposées aux glaces (« oasis »), plusieurs dizaines d'espèces de divers animaux invertébrés et plantes inférieures ont été trouvées. Ils vivent ici malgré le fait que les températures minimales en Antarctique atteignent -80° et moins.

Cela vaut la peine de réfléchir à la raison pour laquelle la vie se termine quand basses températures. Lorsqu'elles sont chauffées, les protéines sont dénaturées et lorsqu'elles sont refroidies, il s'est avéré que le plus dangereux est la formation de glace dans les tissus et les cellules. Il y a environ 30 ans, on croyait largement que de nombreux animaux, y compris les vertébrés - poissons, grenouilles, gelaient en hiver et reprenaient vie au printemps. Par la suite, il s'est avéré que ce n'était pas le cas : les cristaux de glace dans le protoplasme des cellules d'un animal hautement organisé perturbent inévitablement sa structure et la cellule meurt.

Mais si une cellule perd de l’eau, sa résistance au froid augmente. En raison du manque d’eau, les cellules et les tissus ne gèlent pas. Par exemple, certains animaux relativement primitifs - rotifères, tardigrades, nématodes - à l'état séché sont capables de tolérer un refroidissement à des températures proches du zéro absolu. Les spores et les graines des plantes ont la même endurance.

Il y a environ 20 ans, un phénomène très intéressant a été découvert et a étonné les biologistes. Si des cellules vivantes ou des micro-organismes sont rapidement immergés dans l’air liquide (environ -190°), ils gèlent instantanément, mais restent vivants après décongélation. Il s'est avéré que lorsqu'elle est refroidie très rapidement, l'eau ne cristallise pas et gèle comme du verre. C'est ce qui maintient les cellules en vie.

Par conséquent, ce n’est pas la basse température elle-même, mais seulement la cristallisation de l’eau qui est destructrice pour un système vivant.

Les micro-organismes sous forme de spores, de kystes et certains à l'état actif peuvent tolérer la température des gaz liquides (de -180 à -271°). Comme l’ont montré les recherches menées ces dernières années, les cellules d’animaux et de plantes hautement organisés peuvent également, dans certaines conditions, tolérer des températures extrêmement basses. Donnons quelques exemples.

Des cellules provenant de différents tissus animaux ont été placées pendant un certain temps dans une solution de glycérol, puis transférées dans un gaz liquide à des températures allant jusqu'à -196°. Les cellules réchauffées après cette procédure « ont pris vie ». Les spermatozoïdes des mammifères - taureau, bélier, lapin et autres - ont été conservés dans un état d'anabiose à une température d'environ -196° et, après échauffement, n'ont pas perdu la capacité de bouger activement et de féconder l'ovule. Lors d’expériences avec du sperme de taureau, il a été possible de « faire revivre » ces cellules après 8 ans à des températures ultra-basses.

Mais même sans substances protectrices spéciales telles que la glycérine, certains insectes hivernant sous des latitudes élevées peuvent tolérer un refroidissement profond. Dans la nature, ils refroidissent jusqu'à -20, -30, voire -50°. Dans le laboratoire de l'Institut de cytologie de l'Académie des sciences de l'URSS, les chenilles hivernantes de la pyrale du maïs ont été progressivement refroidies jusqu'à -183 et -196°. Une grande variété de cellules de leur corps sont restées vivantes après décongélation pendant plusieurs semaines.

Que se passe-t-il à une température aussi basse, pourquoi les cellules ne meurent-elles pas ? Dans la nature, la défense la plus courante contre le gel est l’hypothermie des fluides corporels. On sait que dans certaines conditions l’eau ne gèle pas à 0°. et refroidit sans geler à des températures beaucoup plus basses. La même chose se produit dans les cellules. Dans cet état d’hypothermie, étudié en détail chez les insectes, l’animal est immobile, hébété, mais reste en vie. Les larves du scolyte, le coléoptère de l'aubier, sont restées, d'après nos observations dans la nature, molles et non gelées à des températures de -48 à -55° pendant trois jours.

Mais la cristallisation des fluides corporels n’entraîne pas toujours la mort. En 1937, nous avons pu établir que certains types d'insectes sont capables de résister au gel avec cristallisation des fluides corporels. Par exemple, les chenilles de la pyrale du maïs qui hivernent dans les tiges des plantes herbacées gèlent souvent à -30° de sorte qu'elles deviennent complètement dures et persistent plusieurs jours après la décongélation, elles continuent à vivre ; Dans le cadre d'expériences spécialement mises en scène, ces chenilles ont « pris vie » après un séjour de 24 heures à une température de -78°C dans un état gelé et dur comme du verre.

Mais cette température n'est pas encore un « record ». Récemment, les chercheurs japonais Asahina et Aoki ont mené une série d'expériences sur le refroidissement progressif d'insectes et d'autres invertébrés : ils ont d'abord été placés à une température de -30°, puis les animaux congelés ont été refroidis. ont été immédiatement transférés vers -183 ou -196°. Après décongélation, certains d’entre eux se sont révélés vivants. Cette température était tolérée à l'état gelé par des animaux assez complexes, ayant une quantité normale d'eau dans leur corps.

En 1961-1962, des expériences de refroidissement profond ont été menées à l'Institut de cytologie de l'Académie des sciences de l'URSS. grande quantité chenilles de la pyrale du maïs. Il s’est avéré que plus de 70 % des chenilles ont survécu à 25 jours de refroidissement à -78°C et qu’environ 40 % ont pu se développer et se transformer en pupes et en papillons après un séjour de 24 heures à une température aussi basse. Beaucoup de ces chenilles, sous l'influence d'un long processus de durcissement à des températures proches de 0°, sont restées en vie après avoir passé 1 à 2 jours dans l'azote liquide (-196°).

Les animaux très organisés meurent même avec une légère baisse de la température corporelle et ne peuvent tolérer même une petite quantité de glace dans les organes internes. Mais les plantes supérieures tolèrent des températures très basses

Les expériences menées par Tumanov et ses collègues de l'Institut de physiologie végétale de l'Académie des sciences de l'URSS sont par exemple très intéressantes. Pour l'expérience, des branches de diverses espèces d'arbres, du bouleau verruqueux, du cassis, du pommier et autres ont été prélevées. Les branches de bouleau coupées ont d'abord été durcies à -5°, puis chaque jour en hiver, la température est descendue à une température très basse jusqu'à atteindre -60°. Après cela, les branches ont été plongées dans de l'azote liquide (-196°) pendant deux jours. puis réchauffé. Les branches de cassis ont durci plus longtemps et ont été transférées de l'azote liquide à l'hydrogène liquide (-253°) pendant deux heures, puis à nouveau à l'azote, qui s'est progressivement évaporé en six jours. Plus tard, lorsque les branches ont été placées dans l’eau, les bourgeons des branches ont fleuri. Sans durcissement, les branches sont mortes à -45°. Les branches coupées en été ne supportaient pas du tout le refroidissement

La question se pose inévitablement : pourquoi les tissus vivants peuvent-ils tolérer des températures aussi basses qui n’existent pas sur Terre ? On sait que le développement d'une résistance élevée au froid est favorisé par le durcissement à basse température, une diminution progressive du taux métabolique au début de la dormance hivernale, l'hibernation, à ce moment la quantité d'eau qui peut se transformer en glace pendant le refroidissement diminue, et la quantité de substances qui empêchent le gel augmente. Mais la raison principale est que les cellules peuvent entrer dans un état d’animation suspendue, dans lequel le métabolisme s’arrête temporairement et complètement. Cette condition se produit à des températures qui ne sont pas trop basses et qui sont observées sur Terre. Lorsque le corps est dans un état d’animation suspendue, un refroidissement supplémentaire n’a plus d’importance pour lui.

L'adaptation des êtres vivants a également pris d'autres directions : les vertébrés, par exemple, ont acquis la capacité de maintenir et d'augmenter leur activité métabolique à basse température. C'est ainsi qu'est né le sang chaud, dans lequel la température corporelle est maintenue quelle que soit la température de l'environnement.

Certains types d'insectes, comme les animaux à sang chaud, peuvent rester actifs lors de gelées allant jusqu'à -10° et même moins. Apparemment, la chaleur générée lors du travail musculaire est suffisante pour cela. Peut-être que cela est également facilité par l'absorption des rayons infrarouges du Soleil.

Pour la biologie spatiale, il est très intéressant d’étudier s’il existe des différences physiologiques entre les organes et tissus des animaux vivant sous des climats différents. Et si de telles différences existent, n’est-il pas possible de les détecter entre les cellules d’un même animal et celles situées à l’intérieur et à la surface du corps, qui subit d’importantes fluctuations de température ?

Le très petit nombre de ces observations ouvre des perspectives passionnantes pour les recherches futures.

On sait que dans l'Arctique et les fourmis oiseaux arctiques la surface non emplumée des pattes peut avoir une température cutanée très basse et ne pas souffrir de fortes gelées. Il a été établi que les nerfs périphériques des oiseaux et des mammifères arctiques conduisent les impulsions à une température plus basse que les nerfs correspondants chez les animaux adaptés. climat tropical ou vivre dans des conditions de laboratoire. Lorsque des tissus sont prélevés pour être cultivés dans des conditions artificielles sur divers rongeurs, il s'avère que leurs cellules restent viables à basse température, d'autant plus longtemps que les conditions dans lesquelles l'animal sauvage a vécu sont difficiles.

Chez les plantes et les animaux de l'Arctique et des hautes montagnes, la capacité de vie active semble souvent s'orienter vers des températures basses par rapport à leurs parents de plus endroits chauds. Ainsi, dans un climat tempéré, la plupart des organismes (sauf bien sûr ceux à sang chaud) arrêtent de respirer entre -5 et -15°. Chez certains insectes arctiques, la respiration est détectée même à des températures de -26 et -38°. Parmi les plantes, seuls les conifères respirent à des températures encore plus basses.

Trouvé dans les hautes terres sur les neiges éternelles algues unicellulaires(Spherella nivalis), qui recouvre la neige d'enduits rouges ou verts. Il pousse mieux à +4° et peut encore pousser à -34°. Ainsi, les organismes sont capables de s’adapter aux températures les plus basses disponibles sur Terre.

Dans des conditions de laboratoire, grâce à « l’éducation » ou au « durcissement », il est possible d’élargir davantage les limites de température de la vie. Les organismes unicellulaires sont particulièrement faciles à « rééduquer ». Dans les expériences du professeur Yu. I. Polyansky (Institut de cytologie, Académie des sciences de l'URSS), des ciliés pantoufles ont été placés dans de l'eau à une température d'environ 0°. Au début, ils étaient dans un état très déprimé, certains sont morts, mais d'autres progressivement « s'y sont habitués » et ont commencé à se reproduire. Les descendants de ces chaussures « durcies » se sont avérés capables de résister à des températures allant jusqu'à -15° dans de l'eau surfondue (avant durcissement, ils ne pouvaient résister à des températures que légèrement inférieures à 0°). Les processus de durcissement ont été bien étudiés chez les plantes et certains animaux. Dans ce cas, il est possible « d’habituer » les organismes à des températures inférieures à celles qui existent sur Terre. Il est naturel de supposer que des conditions de température beaucoup plus sévères que sur notre planète ne peuvent pas constituer un obstacle à la vie.

Si vous trouvez une erreur, veuillez surligner un morceau de texte et cliquer sur Ctrl+Entrée.

Dans cet article, nous attirons votre attention sur une variété de faits intéressants sur la température. Peut-être que tous les écoliers savent que la température est un concept fondamental en physique. En général, la température joue un rôle important pour toutes les formes de vie sur terre. Il s'avère qu'à des températures très basses ou, au contraire, très élevées, différentes choses se comportent de manière assez étrange. Température la plus élevée a été créé par des mains humaines et s'élevait à 4 milliards de C 0 . C’est difficile à croire, mais les scientifiques ont réussi à atteindre un niveau de température aussi inimaginable, 250 fois supérieur à la température centrale du Soleil. Ce type de record a été obtenu grâce au collisionneur d'ions RHIC, situé au Brookhaven Natural Laboratory (New York). La longueur de ce collisionneur RHIC est de 4 kilomètres. Au cours des recherches, ils ont tenté de recréer les conditions du Big Bang. Pour ce faire, ils ont forcé les ions d’or à entrer en collision les uns avec les autres, créant ainsi un plasma quark-gluon.

Température la plus extrême dans notre système solaire. L'étoile Soleil est très chaude. Au centre même du Soleil, la température atteint environ 15 millions de Kelvin et la surface du Soleil elle-même est chauffée à 5 700 Kelvin. À propos, la température du noyau terrestre est à peu près la même qu’à la surface du Soleil. Jupiter est considérée comme la planète la plus chaude de notre système solaire. Puisque la température de son noyau est cinq fois supérieure à la température à la surface du Soleil.

La température la plus froide enregistrée sur le satellite de la Terre, la Lune. Dans certains cratères situés à l'ombre, la température atteint seulement 30 Kelvin, soit au-dessus du zéro absolu.

Il y a des peuples qui vivent presque des conditions extrêmes et le plus insolite des lieux qui ne semblent en aucun cas propices à la vie. Il y a donc le village le plus froid du monde - Oymyakon et aussi la ville de Verkhoyansk, qui se trouve en Yakoutie (Russie). Dans cette région en hiver température moyenne descend à moins 45C 0 . C'est peut-être le plus extrême température du milieu humain. La ville la plus froide se trouve également en Sibérie - Yakutsk (270 000 habitants). La température hivernale y atteint moins 45 C 0, mais en été elle peut monter jusqu'à 30 C 0.

Les températures les plus extrêmes ont été enregistrées dans les mines d’or de Mponeng (Amérique du Sud). A une profondeur de 3 kilomètres, la température atteint plus 65 C 0. Et les gens travaillent dans de telles conditions. Pour réduire d’une manière ou d’une autre cette incroyable chaleur, des revêtements muraux isolants et de la glace sont utilisés.

Température la plus basse a été obtenu dans des conditions artificielles – 100 pico Kelvin (0, 0000000001K). De tels résultats ont été obtenus grâce au refroidissement magnétique. Quelque chose de similaire peut être réalisé avec les lasers. À des températures aussi anormalement basses, tout matériau ou substance se comporte différemment de son environnement habituel.

Température dans l'espace. À quoi ressemble-t-elle? DANS Cosmos La température est maintenue au-dessus du zéro absolu en raison du rayonnement qui reste encore du Big Bang. Par exemple, si vous laissez un thermomètre dans l'espace pendant un certain temps et loin des sources de rayonnement, il affichera 2,73 Kelvin (moins 270 C 0). Cette température est considérée comme la température naturelle la plus basse de l’Univers. Même si l'espace est assez froid, comme c'est le cas pour nous. Mais il s’avère que les astronautes sont confrontés au problème le plus important : la chaleur. Le métal à partir duquel sont fabriqués les objets en orbite chauffe parfois jusqu'à 260 C 0 . Cela se produit grâce aux rayons libres du Soleil. Et afin de réduire la température du navire, il enveloppé dans un matériau spécial qui réduit la température de moitié.

Néanmoins, la température dans l’espace diminue. Ainsi, des études ont montré que tous les 3 milliards d’années, notre Univers se refroidit d’environ 1 degré. La température sur la planète Terre n’a aucun rapport avec la température cosmique. De plus, la Terre Dernièrement se réchauffe lentement.

Y a-t-il une température la plus élevée ? Il existe une notion de zéro absolu, c'est une température en dessous de laquelle il est impossible de descendre. Mais quel est le plus haut, la science ne peut pas encore répondre.

En fait, la température la plus élevée s’appelle la température de Planck. C'était dans l'Univers au moment du Big Bang, selon la science moderne. Et cette température a atteint 10 ^32 Kelvins. En termes simples, c’est des milliards de fois plus élevé que la température la plus élevée jamais atteinte artificiellement. Et aujourd’hui, il reste le plus élevé possible.

L'organisme et ses conditions de vie u 1. La température comme facteur environnemental. u Animaux homéothermes et poïkilothermes. u 2. Humidité. Groupes environnementaux plantes et animaux par rapport à l'humidité

TEMPÉRATURE – comme EF u Les adaptations thermiques chez les plantes sont représentées par des adaptations physiologiques, biochimiques et morphologiques. toi

u Ainsi, les plantes du Grand Nord supportent facilement des gelées jusqu'à -60°C en hiver, tandis que la plupart des plantes d'origine méridionale peuvent être gravement endommagées même à de basses températures positives. u Les plants de cacao meurent déjà à 8°C.

En ce qui concerne le régime de température, on distingue trois groupes de plantes : les plantes thermophiles, résistantes au froid et au gel. u Les plantes thermophiles ne tolèrent pas les basses températures positives et meurent déjà à une température de +10°C, u Les plantes résistantes au froid sont endommagées lorsque la température descend en dessous de 0°C, et les plantes résistantes au gel peuvent résister à de basses températures négatives jusqu'à -25°C et moins. toi

u les organismes homéothermes (endothermiques) (qui comprennent traditionnellement les mammifères et les oiseaux) maintiennent la température corporelle à un niveau stable lorsque la température ambiante change ;

u Transfert de chaleur réduit : u Plumes et cheveux u Couche adipeuse u Rétrécissement des capillaires sanguins

u Augmentation des pertes de chaleur : u Transpiration u Diminution de l'épaisseur du pelage ou des plumes u Dilatation des capillaires cutanés u Essoufflement thermique

u Organismes poïkilothermiques (exothermiques) - la température corporelle change suite aux changements de température ambiante et est proche de cette dernière u L'activité dépend de la température extérieure

u Réactions comportementales – orientation vers la chaleur, intensité de la pigmentation, activation des mouvements musculaires u Hibernation, torpeur

Le mécanisme physiologique implique la répartition et la redistribution des réserves de graisse, une pigmentation appropriée, des modifications de l'état des plumes, des cheveux, des phanères squameux ou cireux, des cuticules, la redistribution du flux sanguin, la régulation de l'évaporation de l'humidité à travers les phanères et les muqueuses du corps, etc. toi toi

La thermorégulation chimique implique une modification du niveau du métabolisme. u u u Une production accrue de chaleur protège le corps du refroidissement. Au contraire, à des températures ambiantes élevées, le métabolisme du corps diminue. Cela protège le corps de la surchauffe. La quantité de chaleur la plus importante est générée dans le corps lors de la contraction musculaire, pendant travail physique. La formation de chaleur est également facilitée par la contraction musculaire involontaire - les frissons au froid. Les processus métaboliques dans les organes internes jouent un rôle important. La chaleur qu'ils génèrent est transportée par le sang dans tout le corps et atteint la peau.

Dans la thermorégulation physique, l'essentiel est le dégagement de chaleur vers l'environnement. u u Les méthodes d'échange thermique entre le corps et l'environnement comprennent le rayonnement, la convection, la conduction et l'évaporation. Lors du rayonnement, la chaleur est transférée sous forme d'ondes électromagnétiques dans la partie infrarouge à ondes longues du spectre, qui se situe en dehors de la partie visible. Les corps ne rayonnent pas simplement de la chaleur dans l'air ambiant (ils ne peuvent pas absorber une grande partie de la chaleur rayonnée), mais la transfèrent à d'autres corps à un taux proportionnel à la différence de température entre les deux corps. Chez l’homme, le rayonnement représente environ 50 % du transfert thermique total.

u Un refroidissement par rayonnement de chaleur peut également se produire si la température de l'air est supérieure à la température du corps. Le rayonnement thermique se produit en l’absence de contact direct avec un corps plus froid. Grâce au rayonnement thermique, une personne à l'ombre, même dans un désert chaud, est capable de dégager une partie de sa chaleur.

u Le mécanisme éthologique implique un changement de posture (les criquets migrateurs exposent le côté large de leur corps aux rayons du soleil les matins froids et leur dos étroit les après-midis chauds) ; recherche active de conditions microclimatiques favorables (serpents et lézards du désert grimpent sur les branches des buissons pour ne pas entrer en contact avec la surface chaude du sol ; les insectes passent la nuit dans les corolles des fleurs, qui retiennent la chaleur plus longtemps)

u construction et utilisation d'abris et d'abris, y compris de terriers ; l'utilisation de réservoirs (les buffles passent l'heure de midi dans les réservoirs), les comportements collectifs (les moutons lors d'une tempête de neige se rassemblent en « tortues », dont la température à l'intérieur peut atteindre +30 ºC

EAU – comme EF u Hydatophytes - plantes aquatiques, entièrement ou en grande partie immergées u élodée, lentilles d'eau

u hygrophytes dans des conditions d'humidité excessive u souci des marais, cœur amer, papillon à trois feuilles, u toutes ces plantes ne tolèrent pas le manque d'eau et ne peuvent pas s'adapter même à une grave sécheresse

u mésophytes u plantes d'habitats modérément humides u trèfles, graminées, sétaire, brome, fléole des prés, herbe hérisson, muguet, tous les arbres à feuilles caduques, nombreuses grandes cultures, mauvaises herbes

u xérophytes (plantes succulentes et sclérophytes) u Plantes des endroits arides u Feuilles denses, dures, coriaces avec une cuticule épaisse u Réduction des feuilles u Recouvertes d'un enduit cireux u Feuilles pubescentes u Feuilles partiellement enroulées

u Plantes succulentes (succulentes) – cactus, agaves, aloès u Sclérophytes – sèches – saxaul, épine de chameau, absinthe

La régulation du bilan hydrique s'effectue grâce à la mise en œuvre de divers mécanismes. mécanismes : u sélection d'habitats appropriés (les drosophiles volent sous la canopée des arbres, de nombreux animaux des zones désertiques sont concentrés dans les oasis et les vallées fluviales) ; u Éthologique

u u u sélection de la période d'activité (les limaces et les escargots de jardin sont actifs la nuit et le matin, lorsque la rosée n'est pas encore sèche et que l'humidité relative est élevée ; la pluie permet de s'étaler sur la période d'activité jour jours); pénétrer dans le sol (les moustiques qui vivent dans les déserts et semi-déserts aiment en fait l'humidité ; leurs larves se développent dans les débris végétaux des terriers de rongeurs et d'autres endroits isolés ; à la recherche de plans d'eau (antilopes, troupeaux de chevaux se promènent d'abreuvoir en abreuvoir trou).

u Mécanismes morphologiques : u acquisition d'une épicuticule ou couche cornée (l'épicuticule des insectes est riche en cires et hydrophobe, c'est-à-dire qu'elle possède des propriétés hydrofuges ; des propriétés similaires sont caractéristiques des formations cornées des reptiles) ;

u scellement (mollusques prosobranches - prairies, bithinia et de nombreuses formes marines - ferment l'entrée de la coquille avec des couvercles, mollusques pulmonés - remplissent l'entrée de mucus, qui forme un bouchon en séchant ; limaces, poumons.

u Les mécanismes physiologiques comprennent : u la production d'eau métabolique u la réduction de la perte d'eau par évaporation (par exemple, en raison d'une diminution de l'activité motrice et de l'étanchéité du système trachéal chez les insectes) ;

u amélioration du métabolisme de l'azote (chez les poissons et de nombreux autres animaux aquatiques, le produit final du métabolisme de l'azote est l'ammoniac, chez les mammifères et certains insectes - l'urée, chez la plupart des insectes, oiseaux et reptiles - l'acide urique ;