Besonderheiten des terrestrischen Lebensraums. Boden-Luft-Umgebung. Luft als Umweltfaktor für Landorganismen

Im Laufe der Evolution entwickelte sich diese Umwelt später als die aquatische Umwelt. Seine Besonderheit besteht darin, dass es gasförmig ist und sich daher durch niedrige Luftfeuchtigkeit, Dichte und Druck sowie einen hohen Sauerstoffgehalt auszeichnet. Im Laufe der Evolution haben lebende Organismen die notwendigen anatomischen, morphologischen, physiologischen, Verhaltens- und anderen Anpassungen entwickelt. Tiere in der Boden-Luft-Umgebung bewegen sich auf dem Boden oder durch die Luft (Vögel, Insekten) und Pflanzen wurzeln im Boden. In diesem Zusammenhang entwickelten Tiere Lunge und Luftröhre und Pflanzen einen Stomataapparat, also Organe, mit denen die Landbewohner des Planeten Sauerstoff direkt aus der Luft aufnehmen. Die Skelettorgane haben sich stark entwickelt und gewährleisten die Autonomie der Bewegung an Land und unterstützen den Körper mit all seinen Organen unter Bedingungen unbedeutender Umweltdichte, die tausendmal geringer ist als die von Wasser. Ökologische Faktoren in der Boden-Luft-Umgebung unterscheiden sich von anderen Lebensräumen durch die hohe Lichtintensität, erhebliche Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen, die Korrelation aller Faktoren mit der geografischen Lage, wechselnde Jahreszeiten und Tageszeiten. Ihre Auswirkungen auf Organismen sind untrennbar mit der Luftbewegung und der Position relativ zu den Meeren und Ozeanen verbunden und unterscheiden sich stark von den Auswirkungen in der aquatischen Umwelt (Tabelle 1).

Tabelle 1. Lebensbedingungen für Organismen in der Luft- und Wasserumgebung (nach D. F. Mordukhai-Boltovsky, 1974)

Lebensbedingungen (Faktoren)		Die Bedeutung der Bedingungen für Organismen
	Luftumgebung			aquatische Umgebung
Feuchtigkeit			Sehr wichtig (oft Mangelware)	Nicht vorhanden (immer im Übermaß)
Dichte			Geringfügig (außer Boden)	Groß im Vergleich zu seiner Rolle für die Bewohner der Luft
Druck			Fast keiner	Groß (kann 1000 Atmosphären erreichen)
Temperatur			Signifikant (variiert in sehr weiten Grenzen – von -80 bis +1ОО°С und mehr)	Weniger als der Wert für die Bewohner der Luft (variiert viel weniger, normalerweise von -2 bis +40°C)
Sauerstoff			Unwesentlich (meist im Übermaß)	Unverzichtbar (oft Mangelware)
Schwebstoffe			Unwichtig; nicht für Lebensmittel verwendet (hauptsächlich Mineralien)	Wichtig (Nahrungsquelle, insbesondere organische Substanz)
Gelöste Stoffe in der Umwelt			Bis zu einem gewissen Grad (nur relevant in Bodenlösungen)	Wichtig (bestimmte Mengen erforderlich)

Landtiere und -pflanzen haben ihre eigenen, nicht minder originellen Anpassungen an ungünstige Umweltfaktoren entwickelt: die komplexe Struktur des Körpers und seiner Haut, die Periodizität und den Rhythmus von Lebenszyklen, Thermoregulationsmechanismen usw. Die gezielte Mobilität von Tieren auf der Suche nach Nahrung hat entwickelte, vom Wind getragene Sporen, Samen und Pollen sowie Pflanzen und Tiere, deren Leben vollständig mit der Luft verbunden ist. Es hat sich eine außergewöhnlich enge funktionelle, ressourcenbezogene und mechanische Beziehung zum Boden entwickelt. Viele der Anpassungen wurden oben als Beispiele für die Charakterisierung abiotischer Umweltfaktoren diskutiert. Daher macht es keinen Sinn, uns jetzt zu wiederholen, da wir im praktischen Unterricht darauf zurückkommen werden.

Boden als Lebensraum

Die Erde ist der einzige Planet, der über Erde (Edasphäre, Pedosphäre) verfügt – eine besondere, obere Landhülle. Diese Hülle entstand in historisch absehbarer Zeit – sie ist so alt wie das Landleben auf dem Planeten. Zum ersten Mal beantwortete M. V. Lomonosov die Frage nach der Herkunft des Bodens („Über die Erdschichten“): „... der Boden entstand durch den Verfall tierischer und pflanzlicher Körper ... im Laufe der Zeit.“ ...“. Und der große russische Wissenschaftler Sie. Du. Dokuchaev (1899: 16) war der erste, der den Boden als einen unabhängigen natürlichen Körper bezeichnete und bewies, dass der Boden „... derselbe unabhängige natürliche historische Körper ist wie jede Pflanze, jedes Tier, jedes Mineral ... er ist das Ergebnis, eine Funktion.“ der gesamten, gegenseitigen Aktivität des Klimas eines bestimmten Gebiets, seiner pflanzlichen und tierischen Organismen, der Topographie und des Alters des Landes ... und schließlich des Untergrunds, d , sind völlig gleichwertige Größen und nehmen in gleichem Maße an der Bildung normaler Böden teil ...“ Und der moderne bekannte Bodenwissenschaftler N.A. Kachinsky („Boden, seine Eigenschaften und Leben“, 1975) definiert den Boden wie folgt: „Unter Boden sind alle Oberflächenschichten von Gesteinen zu verstehen, die durch den kombinierten Einfluss des Klimas bearbeitet und verändert werden.“ (Licht, Wärme, Luft, Wasser), pflanzliche und tierische Organismen.“

Die wichtigsten Strukturelemente des Bodens sind: Mineralbasis, organische Substanz, Luft und Wasser.

Mineralbasis (Skelett)(50-60 % des gesamten Bodens) ist eine anorganische Substanz, die durch die Verwitterung des darunter liegenden Gebirgsgesteins (Muttergestein, bodenbildend) entsteht. Die Größen der Skelettpartikel reichen von Felsbrocken und Steinen bis hin zu winzigen Sandkörnern und Schlammpartikeln. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Böden werden hauptsächlich durch die Zusammensetzung der bodenbildenden Gesteine ​​bestimmt.

Die Durchlässigkeit und Porosität des Bodens, die die Zirkulation von Wasser und Luft gewährleisten, hängen vom Verhältnis von Ton und Sand im Boden und von der Größe der Fragmente ab. In einem gemäßigten Klima ist es ideal, wenn der Boden zu gleichen Teilen aus Ton und Sand besteht, also lehmig ist. In diesem Fall besteht weder die Gefahr einer Staunässe noch der Austrocknung der Böden. Beide sind für Pflanzen und Tiere gleichermaßen zerstörerisch.

organische Substanz– Bis zu 10 % des Bodens bestehen aus abgestorbener Biomasse (Pflanzenmasse – Abfälle aus Blättern, Zweigen und Wurzeln, abgestorbenen Stämmen, Grashalmen, Organismen toter Tiere), die von Mikroorganismen und bestimmten Gruppen zerkleinert und zu Bodenhumus verarbeitet werden Tiere und Pflanzen. Einfachere Elemente, die beim Abbau organischer Stoffe entstehen, werden von Pflanzen wieder aufgenommen und am biologischen Kreislauf beteiligt.

Luft(15-25 %) im Boden ist in Hohlräumen – Poren, zwischen organischen und mineralischen Partikeln enthalten. Bei Abwesenheit (schwere Lehmböden) oder Porenfüllung mit Wasser (bei Überschwemmungen, Auftauen von Permafrost) verschlechtert sich die Belüftung des Bodens und es entstehen anaerobe Bedingungen. Unter solchen Bedingungen werden die physiologischen Prozesse von Organismen, die Sauerstoff verbrauchen – Aerobier – gehemmt und der Abbau organischer Stoffe erfolgt langsam. Nach und nach sammeln sie sich an und bilden Torf. Große Torfreserven sind typisch für Sümpfe, sumpfige Wälder und Tundra-Gemeinschaften. Besonders ausgeprägt ist die Torfanreicherung in den nördlichen Regionen, wo Kälte und Staunässe der Böden voneinander abhängig sind und sich gegenseitig ergänzen.

Wasser(25-30 %) im Boden wird durch 4 Arten repräsentiert: Gravitation, hygroskopisch (gebunden), Kapillare und Dampf.

Gravitation- Fließendes Wasser, das weite Räume zwischen den Bodenpartikeln einnimmt, sickert unter seinem Eigengewicht bis zum Grundwasserspiegel. Wird leicht von Pflanzen aufgenommen.

Hygroskopisch oder verwandt– adsorbiert um kolloidale Partikel (Ton, Quarz) des Bodens und wird aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen in Form eines dünnen Films festgehalten. Bei hohen Temperaturen (102-105°C) wird es aus ihnen freigesetzt. Es ist für Pflanzen unzugänglich und verdunstet nicht. In Lehmböden sind bis zu 15 % dieses Wassers enthalten, in Sandböden sind es 5 %.

Kapillar– durch Oberflächenspannung um Bodenpartikel gehalten. Durch enge Poren und Kanäle – Kapillaren – steigt es aus dem Grundwasserspiegel auf oder entweicht aus Hohlräumen mit Gravitationswasser. Es wird von Lehmböden besser zurückgehalten und verdunstet leicht. Pflanzen nehmen es leicht auf.

Dampfförmig– besetzt alle wasserfreien Poren. Es verdunstet zunächst.

Als Bindeglied im allgemeinen Wasserkreislauf in der Natur findet ein ständiger Austausch von Oberflächenboden und Grundwasser statt, der je nach Jahreszeit und Wetterbedingungen Geschwindigkeit und Richtung ändert.

Bodenprofilstruktur

Die Struktur der Böden ist sowohl horizontal als auch vertikal heterogen. Die horizontale Heterogenität der Böden spiegelt die Heterogenität der Verteilung der bodenbildenden Gesteine, die Lage im Relief und die Klimaeigenschaften wider und steht im Einklang mit der Verteilung der Vegetationsbedeckung über das Territorium. Jede dieser Heterogenitäten (Bodentypen) zeichnet sich durch ihre eigene vertikale Heterogenität oder ihr eigenes Bodenprofil aus, das durch die vertikale Migration von Wasser, organischen und mineralischen Substanzen entsteht. Dieses Profil ist eine Sammlung von Ebenen oder Horizonten. Alle Bodenbildungsprozesse erfolgen im Profil unter zwingender Berücksichtigung seiner Einteilung in Horizonte.

Unabhängig von der Art des Bodens werden in seinem Profil drei Haupthorizonte unterschieden, die sich in ihren morphologischen und chemischen Eigenschaften untereinander und zwischen ähnlichen Horizonten in anderen Böden unterscheiden:

1. Humusakkumulationshorizont A. In ihm sammelt sich organisches Material an und wandelt sich um. Nach der Transformation werden einige Elemente aus diesem Horizont mit dem Wasser zu den darunter liegenden Elementen transportiert.

Dieser Horizont ist im Hinblick auf seine biologische Rolle der komplexeste und wichtigste des gesamten Bodenprofils. Es besteht aus Waldstreu – A0, der aus Bodenstreu (tote organische Substanz mit schwachem Zersetzungsgrad auf der Bodenoberfläche) gebildet wird. Anhand der Zusammensetzung und Dicke der Streu lassen sich die ökologischen Funktionen der Pflanzengemeinschaft, ihre Herkunft und ihr Entwicklungsstadium beurteilen. Unterhalb der Einstreu befindet sich ein dunkel gefärbter Humushorizont – A1, der aus zerkleinerten Überresten von Pflanzenmasse und Tiermasse unterschiedlichen Zersetzungsgrads besteht. Wirbeltiere (Phytophagen, Saprophagen, Koprophagen, Raubtiere, Nekrophagen) sind an der Zerstörung von Überresten beteiligt. Beim Zerkleinern gelangen organische Partikel in den nächstniedrigeren Horizont – Eluvial (A2). Darin findet die chemische Zersetzung von Humus in einfache Elemente statt.

2. Illuvialer oder Einschwemmhorizont B. Darin setzen sich aus dem Horizont A entnommene Verbindungen ab und werden in Bodenlösungen umgewandelt. Dabei handelt es sich um Huminsäuren und deren Salze, die mit der Verwitterungskruste reagieren und von Pflanzenwurzeln aufgenommen werden.

3. Muttergestein (unterliegendes Gestein) (Verwitterungskruste) oder Horizont C. Von diesem Horizont aus gelangen – auch nach der Umwandlung – mineralische Stoffe in den Boden.

Je nach Mobilitätsgrad und Größe wird die gesamte Bodenfauna in die folgenden drei ökologischen Gruppen eingeteilt:

Mikrobiotyp oder Mikrobiota(nicht zu verwechseln mit der in Primorje endemischen Pflanze – der gekreuzten Mikrobiota-Pflanze!): Organismen, die eine Zwischenverbindung zwischen pflanzlichen und tierischen Organismen darstellen (Bakterien, Grün- und Blaualgen, Pilze, einzellige Protozoen). Dies sind Wasserorganismen, aber kleiner als die im Wasser lebenden. Sie leben in mit Wasser gefüllten Bodenporen – Mikroreservoirs. Das wichtigste Glied in der schädlichen Nahrungskette. Sie können austrocknen und erwachen bei der Wiederherstellung ausreichender Luftfeuchtigkeit wieder zum Leben.

Mesobiotyp oder Mesobiota– eine Ansammlung kleiner, leicht aus dem Boden zu entfernender, beweglicher Insekten (Nematoden, Milben (Oribatei), kleine Larven, Springschwänze (Collembola) usw. Sehr zahlreich – bis zu Millionen von Individuen pro 1 m 2. Sie ernähren sich von Detritus, Bakterien. Sie nutzen natürliche Hohlräume im Boden, graben sich selbst keine Tunnel. Wenn die Luftfeuchtigkeit abnimmt, dringen sie tiefer ein. Anpassungen vor dem Austrocknen: schützende Schuppen, eine feste dicke Schale. Die Mesobiota wartet darauf, „überflutet“ in Blasen von Bodenluft.

Makrobiotyp oder Makrobiota– große Insekten, Regenwürmer, bewegliche Arthropoden, die zwischen der Einstreu und dem Boden leben, andere Tiere, sogar grabende Säugetiere (Maulwürfe, Spitzmäuse). Regenwürmer überwiegen (bis zu 300 Stück/m2).

Jeder Bodentyp und jeder Horizont verfügt über einen eigenen Komplex lebender Organismen, die an der Nutzung organischer Stoffe beteiligt sind – Edafon. Die oberen organogenen Schichthorizonte weisen die zahlreichste und komplexeste Zusammensetzung lebender Organismen auf (Abb. 4). Das Illuvial wird nur von Bakterien (Schwefelbakterien, stickstofffixierenden Bakterien) bewohnt, die keinen Sauerstoff benötigen.

Je nach Grad der Verbindung mit der Umwelt im Edaphon werden drei Gruppen unterschieden:

Geobionten– ständige Bodenbewohner (Regenwürmer (Lymbricidae), viele primäre flügellose Insekten (Apterigota)), unter Säugetieren: Maulwürfe, Maulwurfsratten.

Geophile– Tiere, bei denen ein Teil des Entwicklungszyklus in einer anderen Umgebung und ein Teil im Boden stattfindet. Dies sind die meisten Fluginsekten (Heuschrecken, Käfer, langbeinige Mücken, Maulwurfsgrillen, viele Schmetterlinge). Einige durchlaufen im Boden die Larvenphase, während andere die Puppenphase durchlaufen.

Geoxene- Tiere, die manchmal den Boden als Unterschlupf oder Zufluchtsort aufsuchen. Dazu gehören alle in Höhlen lebenden Säugetiere, viele Insekten (Kakerlaken (Blattodea), Hemiptera (Hemiptera), einige Käferarten).

Sondergruppe - Psammophyten und Psammophile(Marmorkäfer, Ameisenlöwen); angepasst an Flugsande in Wüsten. Anpassungen an das Leben in einer mobilen, trockenen Umgebung bei Pflanzen (Saxaul, Sandakazie, Sandschwingel usw.): Adventivwurzeln, ruhende Knospen an den Wurzeln. Erstere beginnen zu wachsen, wenn sie mit Sand bedeckt sind, letztere, wenn der Sand weggeblasen wird. Sie werden durch schnelles Wachstum und den Rückgang der Blätter vor Sandverwehungen geschützt. Früchte zeichnen sich durch Flüchtigkeit und Elastizität aus. Sandige Bedeckungen der Wurzeln, Suberisierung der Rinde und hochentwickelte Wurzeln schützen vor Trockenheit. Anpassungen an das Leben in einer bewegten, trockenen Umgebung bei Tieren (oben angegeben, wo thermische und feuchte Bedingungen berücksichtigt wurden): Sie bauen Sand ab – sie schieben ihn mit ihren Körpern auseinander. Grabende Tiere haben Skipfoten mit Wucherungen und Haaren.

Der Boden ist ein Zwischenmedium zwischen Wasser (Temperaturbedingungen, niedriger Sauerstoffgehalt, Sättigung mit Wasserdampf, Vorhandensein von Wasser und Salzen) und Luft (Lufthohlräume, plötzliche Änderungen der Luftfeuchtigkeit und Temperatur in den oberen Schichten). Für viele Arthropoden war der Boden das Medium, durch das sie von einer aquatischen zu einer terrestrischen Lebensweise übergehen konnten. Die Hauptindikatoren für die Eigenschaften des Bodens, die seine Fähigkeit widerspiegeln, als Lebensraum für lebende Organismen zu dienen, sind das hydrothermale Regime und die Belüftung. Oder Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Bodenstruktur. Alle drei Indikatoren stehen in engem Zusammenhang miteinander. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit und die Bodenbelüftung verschlechtert sich. Je höher die Temperatur, desto mehr Verdunstung findet statt. Die Konzepte der physikalischen und physiologischen Bodentrockenheit stehen in direktem Zusammenhang mit diesen Indikatoren.

Körperliche Trockenheit kommt bei atmosphärischen Dürren häufig vor, da die Wasserversorgung aufgrund einer langen Abwesenheit von Niederschlägen stark zurückgeht.

In Primorje sind solche Perioden typisch für den späten Frühling und besonders ausgeprägt an Hängen mit Südausrichtung. Darüber hinaus gilt bei gleicher Lage im Relief und anderen ähnlichen Wachstumsbedingungen: Je besser die Vegetationsdecke entwickelt ist, desto schneller tritt der Zustand der physischen Trockenheit ein. Physiologische Trockenheit ist ein komplexeres Phänomen, sie wird durch ungünstige Umweltbedingungen verursacht. Es besteht in der physiologischen Unzugänglichkeit von Wasser, wenn im Boden ausreichend oder sogar überschüssige Menge vorhanden ist. In der Regel wird Wasser bei niedrigen Temperaturen, hohem Salz- oder Säuregehalt der Böden, dem Vorhandensein toxischer Substanzen und Sauerstoffmangel physiologisch unzugänglich. Gleichzeitig werden auch wasserlösliche Nährstoffe nicht mehr verfügbar: Phosphor, Schwefel, Kalzium, Kalium usw. Aufgrund der Bodenkälte und der daraus resultierenden Staunässe und des hohen Säuregehalts sind in vielen Ökosystemen große Wasser- und Mineralsalzreserven vorhanden Die Tundra und der Norden sind für Wurzelpflanzen physiologisch unzugänglich. - Taiga-Wälder. Dies erklärt die starke Unterdrückung höherer Pflanzen in ihnen und die weite Verbreitung von Flechten und Moosen, insbesondere Torfmoos. Eine der wichtigen Anpassungen an raue Bedingungen in der Edasphäre ist Mykorrhiza-Ernährung. Fast alle Bäume sind mit Mykorrhiza-bildenden Pilzen verbunden. Jede Baumart hat ihre eigene Mykorrhiza-bildende Pilzart. Durch Mykorrhiza vergrößert sich die aktive Oberfläche des Wurzelsystems und Pilzsekrete werden leicht von den Wurzeln höherer Pflanzen aufgenommen.

Wie V. V. Dokuchaev sagte: „...Bodenzonen sind auch naturhistorische Zonen: Hier ist der engste Zusammenhang zwischen Klima, Boden, tierischen und pflanzlichen Organismen offensichtlich ...“. Dies wird am Beispiel der Bodenbedeckung in Waldgebieten im Norden und Süden des Fernen Ostens deutlich

Ein charakteristisches Merkmal der Böden des Fernen Ostens, die unter Monsunbedingungen, also einem sehr feuchten Klima, entstehen, ist die starke Auswaschung von Elementen aus dem Eluvialhorizont. Doch in den nördlichen und südlichen Regionen der Region ist dieser Prozess aufgrund der unterschiedlichen Wärmeversorgung der Lebensräume nicht gleich. Die Bodenbildung im Hohen Norden erfolgt unter den Bedingungen einer kurzen Vegetationsperiode (nicht mehr als 120 Tage) und weit verbreitetem Permafrost. Wärmemangel geht oft mit Staunässe im Boden, geringer chemischer Verwitterungsaktivität bodenbildender Gesteine ​​​​und langsamer Zersetzung organischer Stoffe einher. Die lebenswichtige Aktivität der Bodenmikroorganismen wird stark gehemmt und die Nährstoffaufnahme durch Pflanzenwurzeln wird gehemmt. Infolgedessen zeichnen sich nördliche Volkszählungen durch eine geringe Produktivität aus – die Holzreserven in den Hauptarten der Lärchenwälder betragen nicht mehr als 150 m 2 /ha. Gleichzeitig überwiegt die Ansammlung abgestorbener organischer Substanz gegenüber deren Zersetzung, wodurch sich dichte Torf- und Humushorizonte mit einem hohen Humusgehalt im Profil bilden. So erreicht in nördlichen Lärchenwäldern die Dicke der Waldstreu 10–12 cm und die Reserven an undifferenzierter Masse im Boden erreichen 53 % der gesamten Biomassereserve der Plantage. Gleichzeitig werden Elemente über das Profil hinausgetragen, und wenn in ihrer Nähe Permafrost auftritt, sammeln sie sich im Iluvialhorizont an. Bei der Bodenbildung ist, wie in allen kalten Regionen der nördlichen Hemisphäre, der führende Prozess die Podsolbildung. Zonale Böden an der Nordküste des Ochotskischen Meeres sind Al-Fe-Humus-Podsole und in kontinentalen Gebieten Podburs. In allen Regionen des Nordostens sind Torfböden mit Permafrost im Profil verbreitet. Zonale Böden zeichnen sich durch eine starke farbliche Differenzierung der Horizonte aus. In den südlichen Regionen weist das Klima ähnliche Merkmale wie das Klima der feuchten Subtropen auf. Die Hauptfaktoren der Bodenbildung in Primorje vor dem Hintergrund hoher Luftfeuchtigkeit sind vorübergehend übermäßige (pulsierende) Feuchtigkeit und eine lange (200 Tage) sehr warme Vegetationsperiode. Sie bewirken eine Beschleunigung deluvialer Prozesse (Verwitterung primärer Mineralien) und die sehr schnelle Zersetzung abgestorbener organischer Stoffe in einfache chemische Elemente. Letztere werden nicht aus dem System getragen, sondern von Pflanzen und Bodenfauna abgefangen. In gemischten Laubwäldern im Süden von Primorje werden im Sommer bis zu 70 % der jährlichen Einstreu „verarbeitet“, und die Dicke der Einstreu beträgt nicht mehr als 1,5 bis 3 cm. Die Grenzen zwischen den Bodenhorizonten Das Profil der zonalen Braunerden ist schlecht definiert. Bei ausreichender Wärme spielt der Wasserhaushalt eine große Rolle bei der Bodenbildung. Der berühmte fernöstliche Bodenforscher G. I. Ivanov teilte alle Landschaften des Primorsky-Territoriums in Landschaften mit schnellem, schwach gezügeltem und schwierigem Wasseraustausch ein. In Landschaften mit schnellem Wasseraustausch ist der führende Braunerdebildungsprozess. Die Böden dieser Landschaften, die ebenfalls zonal sind – Braunwald unter Nadel-, Laub- und Laubwäldern und Braun-Taiga – unter Nadelwäldern, zeichnen sich durch eine sehr hohe Produktivität aus. So erreichen die Waldbestände in Schwarztannen-Laubwäldern, die die unteren und mittleren Teile der Nordhänge auf schwach skelettartigem Lehm bedecken, 1000 m 3 /ha. Braunböden zeichnen sich durch eine schwach ausgeprägte Differenzierung des genetischen Profils aus.

In Landschaften mit schwachem Wasseraustausch geht die Braunbodenbildung mit einer Podsolisierung einher. Im Bodenprofil wird neben Humus- und Illuvialhorizonten ein aufgeklärter Eluvialhorizont unterschieden und es treten Anzeichen einer Profildifferenzierung auf. Sie zeichnen sich durch eine leicht saure Reaktion der Umgebung und einen hohen Humusgehalt im oberen Teil des Profils aus. Die Produktivität dieser Böden ist geringer – der Bestand an Waldbeständen auf ihnen verringert sich auf 500 m 3 /ha.

In Landschaften mit schwierigem Wasseraustausch entstehen aufgrund systematischer starker Staunässe anaerobe Bedingungen in den Böden, Prozesse der Gleyisierung und Torfentwicklung der Humusschicht. Die typischsten für sie sind Braun-Taiga-Gley-Podsol, Torf und Torf. Gley-Böden unter Tannen-Fichten-Wäldern, Braun-Taiga-Torf und torfpodzolisiert – unter Lärchen-Wäldern. Aufgrund der schwachen Belüftung nimmt die biologische Aktivität ab und die Mächtigkeit der organogenen Horizonte nimmt zu. Das Profil ist scharf in Humus-, Eluvial- und Illuvialhorizonte abgegrenzt. Da jeder Bodentyp, jede Bodenzone ihre eigenen Eigenschaften hat, sind Organismen auch in Bezug auf diese Bedingungen selektiv. Anhand des Aussehens der Vegetationsdecke kann man Feuchtigkeit, Säuregehalt, Wärmeversorgung, Salzgehalt, Zusammensetzung des Muttergesteins und andere Eigenschaften der Bodenbedeckung beurteilen.

Nicht nur die Flora und Struktur der Vegetation, sondern auch die Fauna, mit Ausnahme der Mikro- und Mesofauna, ist bodenspezifisch. Beispielsweise sind etwa 20 Käferarten halophil und leben nur in Böden mit hohem Salzgehalt. Auch Regenwürmer erreichen ihre größte Zahl in feuchten, warmen Böden mit einer dicken organischen Schicht.



Der Land-Luft-Lebensraum ist in seinen ökologischen Bedingungen wesentlich komplexer als die aquatische Umwelt. Um an Land zu leben, mussten sowohl Pflanzen als auch Tiere eine ganze Reihe grundlegend neuer Anpassungen entwickeln.

Die Dichte der Luft ist 800-mal geringer als die Dichte des Wassers, sodass in der Luft schwebendes Leben praktisch unmöglich ist. Lediglich Bakterien, Pilzsporen und Pflanzenpollen kommen regelmäßig in der Luft vor und können durch Luftströmungen über große Entfernungen transportiert werden, aber alle haben die Hauptfunktion des Lebenszyklus – die Fortpflanzung erfolgt auf der Erdoberfläche, wo Nährstoffe verfügbar sind. Landbewohner sind gezwungen, über ein entwickeltes Unterstützungssystem zu verfügen,

Unterstützung des Körpers. Bei Pflanzen handelt es sich dabei um verschiedene mechanische Gewebe, bei Tieren um ein komplexes Knochenskelett. Eine niedrige Luftdichte führt zu einem geringen Bewegungswiderstand. Daher konnten viele Landtiere im Laufe ihrer Evolution die Umweltvorteile dieser Eigenschaft der Luftumgebung nutzen und die Fähigkeit zum Kurz- oder Langzeitflug erwerben. Nicht nur Vögel und Insekten, sondern auch einzelne Säugetiere und Reptilien besitzen die Fähigkeit, sich in der Luft zu bewegen. Im Allgemeinen können mindestens 60 % der Landtierarten mithilfe von Luftströmungen aktiv fliegen oder gleiten.

Das Leben vieler Pflanzen hängt weitgehend von der Bewegung der Luftströmungen ab, da der Wind ihre Pollen trägt und die Bestäubung erfolgt. Diese Bestäubungsmethode wird aufgerufen Anemophilie. Anemophilie ist für alle Gymnospermen charakteristisch, und unter den Angiospermen machen windbestäubte Pflanzen mindestens 10 % der Gesamtartenzahl aus. Charakteristisch für viele Arten Anemochorie– Besiedlung durch Luftströmungen. In diesem Fall bewegen sich nicht die Keimzellen, sondern die Embryonen von Organismen und jungen Individuen – Samen und kleine Früchte von Pflanzen, Insektenlarven, kleine Spinnen usw. Anemochore Samen und Früchte von Pflanzen sind entweder sehr klein (z B. Orchideensamen) oder verschiedene flügel- und fallschirmartige Fortsätze, wodurch die Planungsfähigkeit steigt. Als passiv durch den Wind transportierte Organismen werden zusammenfassend bezeichnet Aeroplankton in Analogie zu planktonischen Bewohnern der aquatischen Umwelt.

Aufgrund der geringen Luftdichte ist der Druck an Land im Vergleich zur aquatischen Umwelt sehr gering. Auf Meereshöhe beträgt sie 760 mm Hg. Kunst. Mit zunehmender Höhe nimmt der Druck ab und beträgt in einer Höhe von etwa 6000 m nur noch die Hälfte dessen, was normalerweise an der Erdoberfläche beobachtet wird. Für die meisten Wirbeltiere und Pflanzen ist dies die obere Verbreitungsgrenze. Niedriger Druck in den Bergen führt zu einer verminderten Sauerstoffversorgung und Dehydrierung der Tiere aufgrund einer Erhöhung der Atemfrequenz. Im Allgemeinen reagieren die allermeisten Landorganismen deutlich empfindlicher auf Druckänderungen als Wasserbewohner, da Druckschwankungen in der terrestrischen Umwelt normalerweise nicht mehr als ein Zehntel einer Atmosphäre betragen. Selbst große Vögel, die eine Höhe von mehr als 2 km erreichen können, befinden sich in Bedingungen, in denen der Druck nicht mehr als 30 % vom Bodenniveau abweicht.

Neben den physikalischen Eigenschaften der Luft sind auch ihre chemischen Eigenschaften für das Leben terrestrischer Organismen von großer Bedeutung. Die Gaszusammensetzung der Luft in der Oberflächenschicht der Atmosphäre ist aufgrund der ständigen Vermischung der Luftmassen durch Konvektion und Windströmungen überall gleichmäßig. Im gegenwärtigen Stadium der Entwicklung der Erdatmosphäre wird die Zusammensetzung der Luft von Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %) dominiert, gefolgt vom Edelgas Argon (0,9 %) und Kohlendioxid (0,035 %). Der im Vergleich zur aquatischen Umwelt höhere Sauerstoffgehalt im terrestrischen Luftlebensraum trägt zu einer Steigerung des Stoffwechsels bei Landtieren bei. In der terrestrischen Umgebung entstanden physiologische Mechanismen, die auf der hohen Energieeffizienz oxidativer Prozesse im Körper basieren und Säugetieren und Vögeln die Möglichkeit geben, ihre Körpertemperatur und körperliche Aktivität auf einem konstanten Niveau zu halten, was ihnen die Möglichkeit dazu gab leben nur in warmen, aber auch in kalten Regionen der Erde. Derzeit gehört Sauerstoff aufgrund seines hohen Gehalts in der Atmosphäre nicht zu den Faktoren, die das Leben in der terrestrischen Umwelt einschränken. Unter bestimmten Bedingungen kann es jedoch zu einem Mangel im Boden kommen.

Die Konzentration von Kohlendioxid kann in der Oberflächenschicht innerhalb recht erheblicher Grenzen schwanken. Wenn beispielsweise in Großstädten und Industriezentren kein Wind vorhanden ist, kann der Gehalt dieses Gases aufgrund seiner intensiven Freisetzung bei der Verbrennung organischer Brennstoffe um das Zehnfache höher sein als die Konzentration in natürlichen, ungestörten Biozönosen. Auch in Gebieten mit vulkanischer Aktivität kann es zu erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen kommen. Hohe Konzentrationen von CO 2 (mehr als 1 %) sind giftig für Tiere und Pflanzen, aber niedrige Konzentrationen dieses Gases (weniger als 0,03 %) hemmen den Prozess der Photosynthese. Die wichtigste natürliche CO 2 -Quelle ist die Atmung von Bodenorganismen. Kohlendioxid gelangt aus dem Boden in die Atmosphäre und wird besonders intensiv von mäßig feuchten, gut erwärmten Böden mit einem erheblichen Anteil an organischem Material abgegeben. Beispielsweise emittieren die Böden eines Buchen-Laubwaldes 15 bis 22 kg/ha Kohlendioxid pro Stunde, sandige Sandböden nicht mehr als 2 kg/ha. Der Gehalt an Kohlendioxid und Sauerstoff in den oberflächlichen Luftschichten ändert sich täglich, verursacht durch den Rhythmus der tierischen Atmung und der pflanzlichen Photosynthese.

Stickstoff, der Hauptbestandteil des Luftgemisches, ist aufgrund seiner inerten Eigenschaften für die meisten Bewohner der Boden-Luft-Umgebung einer direkten Aufnahme unzugänglich. Nur einige prokaryotische Organismen, darunter Knöllchenbakterien und Blaualgen, verfügen über die Fähigkeit, Stickstoff aus der Luft aufzunehmen und in den biologischen Stoffkreislauf einzubeziehen.

Der wichtigste Umweltfaktor in terrestrischen Lebensräumen ist das Sonnenlicht. Alle lebenden Organismen benötigen Energie von außen, um zu existieren. Seine Hauptquelle ist das Sonnenlicht, das 99,9 % der gesamten Energiebilanz auf der Erdoberfläche ausmacht, und 0,1 % ist die Energie der tiefen Schichten unseres Planeten, deren Rolle nur in bestimmten Gebieten mit intensiver vulkanischer Aktivität recht groß ist , zum Beispiel in Island oder Kamtschatka im Tal der Geysire. Wenn wir davon ausgehen, dass die Sonnenenergie die Oberfläche der Erdatmosphäre zu 100 % erreicht, werden etwa 34 % in den Weltraum zurückreflektiert, 19 % werden beim Durchgang durch die Atmosphäre absorbiert und nur 47 % erreichen die Land-Luft- und Wasser-Ökosysteme in der Erdatmosphäre Form direkter und diffuser Strahlungsenergie. Direkte Sonnenstrahlung ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von 0,1 bis 30.000 nm. Der Anteil der Streustrahlung in Form von von Wolken und der Erdoberfläche reflektierten Strahlen nimmt mit abnehmender Höhe der Sonne über dem Horizont und mit zunehmendem Gehalt an Staubpartikeln in der Atmosphäre zu. Die Art der Wirkung des Sonnenlichts auf lebende Organismen hängt von ihrer spektralen Zusammensetzung ab.

Kurzwellige ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen unter 290 nm sind für alle Lebewesen zerstörerisch, weil haben die Fähigkeit, das Zytoplasma lebender Zellen zu ionisieren und zu spalten. Diese gefährlichen Strahlen werden zu 80–90 % von der Ozonschicht absorbiert, die sich in Höhen von 20 bis 25 km befindet. Die Ozonschicht, eine Ansammlung von O 3 -Molekülen, entsteht durch die Ionisierung von Sauerstoffmolekülen und ist somit ein Produkt der photosynthetischen Aktivität von Pflanzen auf globaler Ebene. Dies ist eine Art „Regenschirm“, der terrestrische Gemeinschaften vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt. Es wird angenommen, dass es vor etwa 400 Millionen Jahren durch die Freisetzung von Sauerstoff bei der Photosynthese von Meeresalgen entstanden ist, was die Entwicklung von Leben an Land ermöglichte. Auch langwellige ultraviolette Strahlen mit Wellenlängen zwischen 290 und 380 nm sind chemisch hochreaktiv. Eine längere und intensive Einwirkung schadet den Organismen, viele von ihnen benötigen jedoch geringe Dosen. Strahlen mit Wellenlängen von etwa 300 nm bewirken bei Tieren die Bildung von Vitamin D, mit Wellenlängen von 380 bis 400 nm – führen sie zum Erscheinungsbild der Bräunung als Schutzreaktion der Haut. Im Bereich des sichtbaren Sonnenlichts, also Die vom menschlichen Auge wahrgenommene Strahlung umfasst Strahlen mit Wellenlängen von 320 bis 760 nm. Im sichtbaren Teil des Spektrums gibt es eine Zone photosynthetisch aktiver Strahlen – von 380 bis 710 nm. In diesem Bereich der Lichtwellen findet der Prozess der Photosynthese statt.

Licht und seine Energie, die maßgeblich die Temperatur eines bestimmten Lebensraums bestimmen, beeinflussen den Gasaustausch und die Wasserverdunstung durch Pflanzenblätter und regen die Arbeit von Enzymen zur Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren an. Pflanzen benötigen Licht für die Bildung des Chlorophyllpigments, die Bildung der Struktur von Chloroplasten, d. h. Strukturen, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Unter dem Einfluss von Licht teilen und wachsen Pflanzenzellen, blühen und tragen Früchte. Schließlich hängen die Verbreitung und Häufigkeit bestimmter Pflanzenarten und damit die Struktur der Biozönose von der Lichtintensität in einem bestimmten Lebensraum ab. Bei schlechten Lichtverhältnissen, etwa unter dem Blätterdach eines Laub- oder Fichtenwaldes oder in den Morgen- und Abendstunden, wird Licht zu einem wichtigen limitierenden Faktor, der die Photosynthese einschränken kann. An einem klaren Sommertag in einem offenen Lebensraum oder im oberen Teil der Baumkronen in gemäßigten und niedrigen Breiten kann die Beleuchtung 100.000 Lux erreichen, während 10.000 Lux für den Erfolg der Photosynthese ausreichen. Bei sehr hoher Beleuchtung beginnt der Prozess des Bleichens und der Zerstörung von Chlorophyll, was die Produktion primärer organischer Substanz während der Photosynthese erheblich verlangsamt.

Wie Sie wissen, wird bei der Photosynthese Kohlendioxid absorbiert und Sauerstoff freigesetzt. Bei der Pflanzenatmung wird jedoch tagsüber und insbesondere nachts Sauerstoff aufgenommen und im Gegenteil CO 2 freigesetzt. Wenn Sie die Lichtintensität schrittweise erhöhen, erhöht sich entsprechend die Photosyntheserate. Mit der Zeit wird der Moment kommen, in dem sich Photosynthese und Atmung der Pflanze genau ausgleichen und die Produktion reiner biologischer Materie, d. h. nicht von der Pflanze selbst im Prozess der Oxidation und Atmung für ihre Bedürfnisse verbraucht werden, aufhören. Man nennt diesen Zustand, bei dem der gesamte Gasaustausch von CO 2 und O 2 gleich 0 ist Kompensationspunkt.

Wasser ist einer der absolut notwendigen Stoffe für den erfolgreichen Ablauf der Photosynthese und sein Mangel wirkt sich negativ auf den Ablauf vieler zellulärer Prozesse aus. Auch ein mehrtägiger Feuchtigkeitsmangel im Boden kann zu gravierenden Ernteeinbußen führen, denn... Eine Substanz, die das Gewebewachstum hemmt, Abscisinsäure, beginnt sich in Pflanzenblättern anzusammeln.

Die optimale Lufttemperatur für die Photosynthese der meisten Pflanzen in der gemäßigten Zone liegt bei etwa 25 °C. Bei höheren Temperaturen verlangsamt sich die Photosyntheserate aufgrund erhöhter Atmungskosten, Feuchtigkeitsverlust durch Verdunstung zur Kühlung der Pflanze und verringertem CO2-Verbrauch aufgrund eines verringerten Gasaustauschs.

Pflanzen unterliegen verschiedenen morphologischen und physiologischen Anpassungen an das Lichtregime des Boden-Luft-Lebensraums. Entsprechend den Anforderungen an das Beleuchtungsniveau werden alle Pflanzen üblicherweise in die folgenden Umweltgruppen eingeteilt.

Photophil oder Heliophyten– Pflanzen offener, ständig gut beleuchteter Lebensräume. Die Blätter von Heliophyten sind normalerweise klein oder mit einer eingeschnittenen Blattspreite, mit einer dicken Außenwand aus Epidermiszellen, oft mit einer wachsartigen Beschichtung, um überschüssige Lichtenergie teilweise zu reflektieren, oder mit dichter Behaarung, die eine effektive Wärmeableitung ermöglicht, mit einer großen Anzahl mikroskopischer Zellen Löcher – Spaltöffnungen, durch die Gas- und Feuchtigkeitsaustausch mit der Umgebung stattfinden, mit gut entwickelten mechanischen Geweben und Geweben, die Wasser speichern können. Die Blätter einiger Pflanzen dieser Gruppe sind photometrisch, d.h. sind in der Lage, ihre Position je nach Sonnenstand zu ändern. Mittags stehen die Blätter mit der Kante zur Sonne, morgens und abends parallel zu ihren Strahlen, was sie vor Überhitzung schützt und die Nutzung von Licht und Sonnenenergie im erforderlichen Umfang ermöglicht. Heliophyten sind Teil von Gemeinschaften in fast allen natürlichen Zonen, ihre größte Zahl kommt jedoch in den äquatorialen und tropischen Zonen vor. Dies sind Pflanzen tropischer Regenwälder der oberen Ebene, Pflanzen der Savannen Westafrikas, Steppen von Stawropol und Kasachstan. Dazu gehören beispielsweise Mais, Hirse, Sorghum, Weizen, Nelken und Euphorbien.

Schattenliebender oder Sciophyten– Pflanzen der unteren Waldschichten, tiefe Schluchten. Sie können unter Bedingungen mit starker Beschattung leben, was für sie die Norm ist. Die Blätter von Sciophyten sind horizontal angeordnet, sie haben normalerweise eine dunkelgrüne Farbe und sind im Vergleich zu Heliophyten größer. Die Epidermiszellen sind groß, haben aber dünnere Außenwände. Chloroplasten sind groß, aber ihre Zellzahl ist gering. Die Anzahl der Spaltöffnungen pro Flächeneinheit ist geringer als die der Heliophyten. Zu den schattenliebenden Pflanzen der gemäßigten Klimazone zählen Moose, Moose, Kräuter aus der Familie der Ingwergewächse, Sauerampfer, Bifolia usw. Dazu gehören auch viele Pflanzen der unteren Ebene der tropischen Zone. Moose können als Pflanzen der untersten Waldschicht bei einer Beleuchtungsstärke von bis zu 0,2 % der gesamten Biozönose auf der Oberfläche des Waldes leben, Moose bis zu 0,5 % und Blütenpflanzen können sich nur bei einer Beleuchtungsstärke von mindestens 1 normal entwickeln % von allen. Bei Sciophyten laufen die Prozesse der Atmung und des Feuchtigkeitsaustausches mit geringerer Intensität ab. Die Intensität der Photosynthese erreicht schnell ihr Maximum, beginnt jedoch bei starker Beleuchtung abzunehmen. Der Kompensationspunkt liegt bei schlechten Lichtverhältnissen.

Schattentolerante Pflanzen vertragen viel Schatten, wachsen aber auch gut im Licht und sind an starke jahreszeitliche Veränderungen der Beleuchtung angepasst. Zu dieser Gruppe gehören Wiesenpflanzen, Waldkräuter und schattige Sträucher. In stark beleuchteten Bereichen wachsen sie schneller, entwickeln sich jedoch bei mäßiger Beleuchtung ganz normal.

Die Einstellung zum Lichtregime verändert sich bei Pflanzen im Laufe ihrer individuellen Entwicklung – der Ontogenese. Sämlinge und Jungpflanzen vieler Wiesengräser und Bäume sind schattentoleranter als erwachsene Pflanzen.

Auch im Leben der Tiere spielt der sichtbare Teil des Lichtspektrums eine recht wichtige Rolle. Licht ist für Tiere eine notwendige Voraussetzung für die visuelle Orientierung im Raum. Die primitiven Augen vieler Wirbelloser sind einfach einzelne lichtempfindliche Zellen, die es ihnen ermöglichen, bestimmte Schwankungen der Beleuchtung, den Wechsel von Licht und Schatten, wahrzunehmen. Spinnen können die Konturen sich bewegender Objekte in einer Entfernung von nicht mehr als 2 cm erkennen. Klapperschlangen können den Infrarotteil des Spektrums sehen und in völliger Dunkelheit jagen, wobei sie sich auf die Wärmestrahlen der Beute konzentrieren. Bei Bienen ist der sichtbare Teil des Spektrums zu kürzeren Wellenlängen verschoben. Sie nehmen einen erheblichen Teil der ultravioletten Strahlen als farbig wahr, unterscheiden rote jedoch nicht. Die Fähigkeit, Farben wahrzunehmen, hängt von der spektralen Zusammensetzung ab, bei der eine bestimmte Art aktiv ist. Die meisten Säugetiere, die einen dämmerungs- oder nachtaktiven Lebensstil führen, können Farben nicht gut unterscheiden und sehen die Welt in Schwarzweiß (Vertreter der Hunde- und Katzenfamilie, Hamster usw.). Das Leben in der Dämmerung führt zu einer Vergrößerung der Augen. Charakteristisch für nachtaktive Lemuren, Koboldmakis und Eulen sind riesige Augen, die in der Lage sind, unbedeutende Lichtmengen einzufangen. Kopffüßer und höhere Wirbeltiere verfügen über die fortschrittlichsten Sehorgane. Sie können die Form und Größe von Objekten sowie deren Farbe angemessen wahrnehmen und die Entfernung zu Objekten bestimmen. Das vollkommenste dreidimensionale binokulare Sehen ist charakteristisch für Menschen, Primaten und Greifvögel – Eulen, Falken, Adler und Geier.

Der Sonnenstand ist ein wichtiger Faktor bei der Navigation verschiedener Tiere auf Langstreckenwanderungen.

Die Lebensbedingungen in der Boden-Luft-Umgebung werden durch Wetter- und Klimaveränderungen erschwert. Wetter ist der sich ständig ändernde Zustand der Atmosphäre nahe der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von etwa 20 km (der Obergrenze der Troposphäre). Die Wettervariabilität äußert sich in ständigen Schwankungen der Werte der wichtigsten Umweltfaktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, der Menge an flüssigem Wasser, die durch Niederschläge auf die Bodenoberfläche fällt, der Beleuchtungsstärke, der Windgeschwindigkeit usw. Wetter Merkmale zeichnen sich nicht nur durch ziemlich offensichtliche saisonale Veränderungen aus, sondern auch durch nichtperiodische zufällige Schwankungen über relativ kurze Zeiträume sowie im Tageszyklus, die sich besonders negativ auf das Leben der Landbewohner auswirken, da sie äußerst schwer zu entwickeln sind wirksame Anpassungen an diese Schwankungen. Das Leben der Bewohner großer Gewässer an Land und auf See wird vom Wetter in deutlich geringerem Maße beeinflusst und betrifft nur Oberflächenbiozönosen.

Charakteristisch ist das langfristige Wetterregime Klima Terrain. Der Klimabegriff umfasst nicht nur die über einen längeren Zeitraum gemittelten Werte der wichtigsten meteorologischen Merkmale und Phänomene, sondern auch deren Jahresverlauf sowie die Wahrscheinlichkeit einer Abweichung von der Norm. Das Klima hängt in erster Linie von den geografischen Bedingungen der Region ab – Breitengrad, Höhe, Nähe zum Ozean usw. Die zonale Vielfalt des Klimas hängt auch vom Einfluss der Monsunwinde ab, die warme, feuchte Luftmassen aus tropischen Meeren dorthin transportieren auf den Kontinenten und auf den Flugbahnen von Wirbelstürmen und Hochdruckgebieten, auf den Einfluss von Gebirgszügen auf die Bewegung von Luftmassen und auf viele andere Gründe, die eine außergewöhnliche Vielfalt an Lebensbedingungen an Land schaffen. Für die meisten Landorganismen, insbesondere für Pflanzen und kleine sesshafte Tiere, sind nicht so sehr die großräumigen Klimaeigenschaften der natürlichen Zone, in der sie leben, wichtig, sondern die Bedingungen, die in ihrem unmittelbaren Lebensraum geschaffen werden. Solche lokalen Klimaveränderungen, die unter dem Einfluss zahlreicher lokal verteilter Phänomene entstehen, werden als bezeichnet Mikroklima. Unterschiede zwischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Wald- und Graslandlebensräumen an Nord- und Südhängen von Hügeln sind weithin bekannt. In Nestern, Höhlen, Höhlen und Bauen herrscht ein stabiles Mikroklima. Beispielsweise kann in der Schneehöhle eines Eisbären die Lufttemperatur bis zum Erscheinen des Jungen 50 °C höher sein als die Umgebungstemperatur.

Die Land-Luft-Umgebung ist durch deutlich größere Temperaturschwankungen im Tages- und Jahreszeitenzyklus gekennzeichnet als die Wasserumgebung. In den weiten Gebieten der gemäßigten Breiten Eurasiens und Nordamerikas, die weit vom Ozean entfernt liegen, kann die jährliche Temperaturamplitude aufgrund sehr kalter Winter und heißer Sommer 60 und sogar 100 °C erreichen. Daher sind eurythermische Organismen die Grundlage der Flora und Fauna in den meisten kontinentalen Regionen.

Literatur

Haupt – T.1 – S. 268 – 299; - C. 111 – 121; Zusätzlich ; .

Fragen zum Selbsttest:

1. Was sind die wichtigsten physikalischen Unterschiede zwischen Boden- und Luftlebensräumen?

aus Wasser?

2. Von welchen Prozessen hängt der Kohlendioxidgehalt in der Oberflächenschicht der Atmosphäre ab?

und welche Rolle spielt es im Pflanzenleben?

3. In welchem ​​Strahlenbereich des Lichtspektrums findet die Photosynthese statt?

4. Welche Bedeutung hat die Ozonschicht für Landbewohner und wie ist sie entstanden?

5. Von welchen Faktoren hängt die Intensität der pflanzlichen Photosynthese ab?

6. Was ist ein Kompensationspunkt?

7. Was sind die charakteristischen Merkmale von Heliophytenpflanzen?

8. Was sind die charakteristischen Merkmale von Sciophytenpflanzen?

9. Welche Rolle spielt Sonnenlicht im Leben von Tieren?

10. Was ist Mikroklima und wie entsteht es?

Das Leben an Land hängt maßgeblich vom Zustand der Luft ab. Das natürliche Gasgemisch, das im Laufe der Erdentwicklung entstanden ist, ist die Luft, die wir atmen.

Luft als Lebensumfeld steuert die evolutionäre Entwicklung der Bewohner dieser Umwelt. Ein hoher Sauerstoffgehalt bestimmt somit die Möglichkeit, einen hohen Energiestoffwechsel (Stoffwechsel zwischen Körper und Umwelt) auszubilden. Atmosphärische Luft zeichnet sich durch niedrige und schwankende Luftfeuchtigkeit aus, was die Entwicklungsmöglichkeiten der Luftumgebung einschränkte und bei ihren Bewohnern die Entwicklung des Wasser-Salz-Stoffwechselsystems und der Struktur der Atmungsorgane bestimmte. Es ist auch zu beachten, dass die Luftdichte in der Atmosphäre gering ist, wodurch sich das Leben in der Nähe der Erdoberfläche konzentriert und bis zu einer Höhe von nicht mehr als 50-70 m in die Atmosphäre eindringt (Baumkronen tropischer Wälder). .

Die Hauptbestandteile der atmosphärischen Luft sind Stickstoff (N2) – 78,08 %, Sauerstoff (02) – 20,9 %, Argon (Ar) – etwa 1 % und Kohlendioxid (CO2) – 0,03 % (Tabelle 1).

Sauerstoff erschien auf der Erde vor etwa 2 Milliarden Jahren, als sich die Oberfläche unter dem Einfluss aktiver vulkanischer Aktivität bildete. In den letzten 20 Millionen Jahren ist der Sauerstoffanteil in der Luft sukzessive gestiegen (heute beträgt er 21 %). Die Hauptrolle spielte dabei die Entwicklung der Land- und Meeresflora.

Tabelle 1. Gaszusammensetzung der Erdatmosphäre

Die Atmosphäre schützt die Erde vor Meteoritenbeschuss. Ungefähr fünfmal im Jahr verglühen Fragmente von Meteoriten, Kometen und Asteroiden in der Atmosphäre, deren Kraft beim Auftreffen auf die Erde die Kraft der auf Hiroshima abgeworfenen Bombe übertreffen würde. Die meisten Meteoriten erreichen nie die Erdoberfläche; sie verglühen, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre eindringen. Jedes Jahr fallen etwa 6 Millionen Tonnen kosmischer Staub auf die Erde.

Darüber hinaus trägt die Atmosphäre dazu bei, die Wärme auf dem Planeten zu speichern, die andernfalls in der Kälte des Weltraums abgeführt würde. Die Atmosphäre selbst verdunstet aufgrund der Schwerkraft nicht.

In einer Höhe von 20 bis 25 km über der Erdoberfläche befindet sich eine Schutzschicht, die die für alle Lebewesen schädliche ultraviolette Strahlung blockiert. Ohne sie könnte diese Strahlung das Leben auf der Erde zerstören. Leider ab den 80-90er Jahren. 20. Jahrhundert Es besteht ein negativer Trend zur Ausdünnung und Zerstörung des Ozonschirms.

Schichtaufbau der Erdhüllen und Zusammensetzung der Atmosphäre; Lichtregime als Faktor der Boden-Luft-Umgebung; Anpassung von Organismen an unterschiedliche Lichtverhältnisse; Temperaturregime im Boden-Luft-Umfeld, Temperaturanpassungen; Luftverschmutzung

Die Boden-Luft-Umgebung ist hinsichtlich der ökologischen Lebensbedingungen die komplexeste. Das Leben an Land erforderte solche morphologischen und biochemischen Anpassungen, die nur bei einem ausreichend hohen Organisationsgrad sowohl der Pflanzen als auch der Tiere möglich waren. In Abb. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm der Erdhüllen. Die Boden-Luft-Umgebung umfasst den äußeren Teil Lithosphäre und Unterteil Atmosphäre. Die Atmosphäre wiederum weist eine ziemlich klar definierte Schichtstruktur auf. Die unteren Schichten der Atmosphäre sind in Abb. dargestellt. 2. Da der Großteil der Lebewesen in der Troposphäre lebt, wird diese Schicht der Atmosphäre in das Konzept der Boden-Luft-Umgebung einbezogen. Die Troposphäre ist der unterste Teil der Atmosphäre. Seine Höhe beträgt in verschiedenen Gebieten 7 bis 18 km, er enthält den Großteil des Wasserdampfs, der bei der Kondensation Wolken bildet. In der Troposphäre herrscht eine starke Luftbewegung und die Temperatur sinkt alle 100 m um durchschnittlich 0,6 °C.

Die Erdatmosphäre besteht aus einem mechanischen Gasgemisch, das sich chemisch nicht gegenseitig beeinflusst. In ihm laufen alle meteorologischen Vorgänge ab, deren Gesamtheit man nennt Klima. Die obere Grenze der Atmosphäre wird üblicherweise mit 2000 km angenommen, d. h. ihre Höhe beträgt das Dreifache des Erdradius. In der Atmosphäre laufen ständig verschiedene physikalische Prozesse ab: Temperatur und Luftfeuchtigkeit ändern sich, Wasserdampf kondensiert, Nebel und Wolken entstehen, die Sonnenstrahlen erwärmen die Atmosphäre, ionisieren sie usw.

Der Großteil der Luft ist in der 70-km-Schicht konzentriert. Trockene Luft enthält (in %): Stickstoff - 78,08; Sauerstoff - 20,95; Argon - 0,93; Kohlendioxid - 0,03. Es gibt nur sehr wenige andere Gase. Dies sind Wasserstoff, Neon, Helium, Krypton, Radon, Xenon – die meisten Inertgase.

Atmosphärische Luft ist eines der wichtigsten lebenswichtigen Elemente der Umwelt. Es schützt den Planeten zuverlässig vor schädlicher kosmischer Strahlung. Unter dem Einfluss der Atmosphäre auf der Erde finden die wichtigsten geologischen Prozesse statt, die letztlich die Landschaft prägen.

Atmosphärische Luft gehört zur Kategorie der unerschöpflichen Ressourcen, doch intensive industrielle Entwicklung, städtisches Wachstum und die Ausweitung der Weltraumforschung verstärken die negativen anthropogenen Auswirkungen auf die Atmosphäre. Daher wird die Frage des Schutzes der atmosphärischen Luft immer relevanter.

Neben Luft einer bestimmten Zusammensetzung werden lebende Organismen, die in der Boden-Luft-Umgebung leben, auch durch Luftdruck und Luftfeuchtigkeit sowie durch Sonneneinstrahlung und Temperatur beeinflusst.

Reis. 2.

Lichtregime oder Sonneneinstrahlung. Um Lebensprozesse durchzuführen, benötigen alle Lebewesen Energie von außen. Seine Hauptquelle ist die Sonnenstrahlung.

Die Wirkung verschiedener Teile des Sonnenstrahlungsspektrums auf lebende Organismen ist unterschiedlich. Es ist bekannt, dass es im Spektrum der Sonnenstrahlen solche gibt ultraviolett, sichtbar Und Infrarotbereich, die wiederum aus Lichtwellen unterschiedlicher Länge bestehen (Abb. 3).

Unter den ultravioletten Strahlen (UVR) erreichen nur langwellige Strahlen (290–300 nm) die Erdoberfläche, und kurzwellige Strahlen (weniger als 290 nm), die für alle Lebewesen schädlich sind, werden in einer Höhe von etwa 100 m fast vollständig absorbiert 20–25 km vom Ozonschirm entfernt – einer dünnen Schicht der Atmosphäre, die Moleküle 0 3 enthält (siehe Abb. 2).

Reis. 3. Biologische Wirkung verschiedener Teile des Sonnenstrahlungsspektrums: 1 - Denaturierung von Proteinen; 2 - Intensität der Weizenphotosynthese; 3 - Spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Der Bereich der ultravioletten Strahlung, der nicht eindringt, ist schattiert

durch die Atmosphäre

Langwellige ultraviolette Strahlen (300–400 nm) mit hoher Photonenenergie weisen eine hohe chemische und mutagene Aktivität auf. Große Dosen sind schädlich für Organismen.

Im Bereich von 250–300 nm haben UV-Strahlen eine starke bakterizide Wirkung und bewirken bei Tieren die Bildung von Rachitis-Vitamin D, d. h. für Mensch und Tier sind geringe Dosen UV-Strahlen notwendig. Bei einer Länge von 300-400 nm verursachen UV-Strahlen beim Menschen eine Bräune, eine Schutzreaktion der Haut.

Infrarotstrahlen (IRL) mit einer Wellenlänge von mehr als 750 nm haben eine thermische Wirkung, werden vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen und sorgen für das thermische Regime des Planeten. Besonders wichtig sind diese Strahlen für Kaltblüter (Insekten, Reptilien), die sie zur Erhöhung ihrer Körpertemperatur (Schmetterlinge, Eidechsen, Schlangen) oder zur Jagd (Zecken, Spinnen, Schlangen) nutzen.

Derzeit werden viele Geräte hergestellt, die den einen oder anderen Teil des Spektrums nutzen: UV-Strahler, Haushaltsgeräte mit Infrarotstrahlung zum schnellen Kochen usw.

Sichtbare Strahlen mit einer Wellenlänge von 400-750 nm sind für alle lebenden Organismen von großer Bedeutung.

Licht als Voraussetzung für Pflanzenleben. Licht ist für Pflanzen unbedingt notwendig. Grüne Pflanzen nutzen Sonnenenergie in diesem speziellen Bereich des Spektrums und fangen sie während der Photosynthese ein:

Aufgrund des unterschiedlichen Bedarfs an Lichtenergie haben Pflanzen unterschiedliche morphologische und physiologische Anpassungen an das Lichtregime ihres Lebensraums.

Anpassung ist ein System zur Regulierung von Stoffwechselprozessen und physiologischen Eigenschaften, das eine maximale Anpassungsfähigkeit von Organismen an Umweltbedingungen gewährleistet.

Entsprechend der Anpassung an die Lichtverhältnisse werden Pflanzen in folgende ökologische Gruppen eingeteilt.

• 1. Photophil- mit folgenden morphologischen Anpassungen: stark verzweigte Triebe mit verkürzten Internodien, rosettenförmig; Die Blätter sind klein oder haben eine stark eingeschnittene Blattspreite, oft mit wachsartigem Belag oder kurz weichhaarig, oft mit dem Rand dem Licht zugewandt (z. B. Akazie, Mimose, Sophora, Kornblume, Federgras, Kiefer, Tulpe).
• 2. Schattenliebend- Ständig in starker Beschattung gelegen. Ihre Blätter sind dunkelgrün und horizontal angeordnet. Dies sind Pflanzen der unteren Waldschichten (z. B. Wintergrün, Bifolia, Farne usw.). Bei Lichtmangel leben Tiefseepflanzen (Rot- und Braunalgen).
• 3. Schattentolerant- verträgt Schatten, wächst aber auch gut im Licht (z. B. Waldkräuter und Sträucher, die an schattigen Stellen und an Rändern wachsen, sowie Eiche, Buche, Hainbuche, Fichte).

Im Verhältnis zum Licht sind die Pflanzen im Wald in Reihen angeordnet. Darüber hinaus fangen die Blätter selbst am selben Baum das Licht je nach Stufe unterschiedlich ein. In der Regel sind sie es Blattmosaik, Das heißt, sie sind so positioniert, dass die Blattoberfläche vergrößert wird, um das Licht besser einzufangen.

Das Lichtregime variiert je nach geografischer Breite, Tages- und Jahreszeit. Aufgrund der Erdrotation weist das Lichtregime einen ausgeprägten Tages- und Jahreszeitenrhythmus auf. Als Reaktion des Körpers auf eine Veränderung der Lichtverhältnisse wird bezeichnet Photoperiodismus. Durch den Photoperiodismus verändern sich die Prozesse des Stoffwechsels, des Wachstums und der Entwicklung im Körper.

Das mit dem Photoperiodismus bei Pflanzen verbundene Phänomen Phototropismus- Bewegung einzelner Pflanzenorgane in Richtung Licht. Zum Beispiel die Bewegung eines Sonnenblumenkorbs im Laufe des Tages, der Sonne folgend, das Öffnen von Löwenzahn- und Ackerwindenblütenständen am Morgen und deren Schließen am Abend und umgekehrt – das Öffnen von Nachtveilchen- und duftenden Tabakblüten am Abend und Schließen Sie sie morgens (täglicher Photoperiodismus).

Saisonaler Photoperiodismus wird in Breitengraden mit wechselnden Jahreszeiten (gemäßigte und nördliche Breiten) beobachtet. Mit Beginn eines langen Tages (Frühling) ist ein aktiver Saftfluss in den Pflanzen zu beobachten, die Knospen schwellen an und öffnen sich. Wenn die kurzen Herbsttage kommen, werfen die Pflanzen ihre Blätter ab und bereiten sich auf die Winterruhe vor. Es ist notwendig, zwischen „Kurztagpflanzen“ zu unterscheiden – sie kommen in den Subtropen häufig vor (Chrysanthemen, Perilla, Reis, Sojabohne, Spitzklee, Hanf); und „Langtagpflanzen“ (Rudbeckia, Getreide, Kreuzblütler, Dill) – sie sind hauptsächlich in gemäßigten und subpolaren Breiten verbreitet. Langtagpflanzen können im Süden nicht wachsen (sie produzieren keine Samen), und das Gleiche gilt für Kurztagpflanzen, wenn sie im Norden wachsen.

Licht als Voraussetzung für tierisches Leben. Für Tiere ist Licht nicht wie bei grünen Pflanzen ein Faktor von primärer Bedeutung, da sie aufgrund der von diesen Pflanzen gespeicherten Sonnenenergie existieren. Dennoch benötigen Tiere Licht einer bestimmten spektralen Zusammensetzung. Licht benötigen sie vor allem zur visuellen Orientierung im Raum. Es stimmt, nicht alle Tiere haben Augen. Bei Primitiven sind dies einfach lichtempfindliche Zellen oder sogar eine Stelle in der Zelle (zum Beispiel die Narbe bei Einzellern oder das „lichtempfindliche Auge“).

Figuratives Sehen ist nur mit einer ausreichend komplexen Struktur des Auges möglich. Spinnen können beispielsweise die Konturen bewegter Objekte nur in einer Entfernung von 1-2 cm erkennen. Die Augen von Wirbeltieren nehmen Form und Größe von Objekten, ihre Farbe wahr und bestimmen den Abstand zu ihnen.

Sichtbares Licht ist ein herkömmliches Konzept für verschiedene Tierarten. Für den Menschen sind dies Strahlen von Violett bis Dunkelrot (denken Sie an die Farben des Regenbogens). Klapperschlangen beispielsweise nehmen den Infrarotteil des Spektrums wahr. Bienen unterscheiden die mehrfarbigen ultravioletten Strahlen, nehmen aber keine roten wahr. Das Spektrum des sichtbaren Lichts ist für sie in den ultravioletten Bereich verschoben.

Die Entwicklung der Sehorgane hängt maßgeblich von der Umweltsituation und den Lebensbedingungen der Organismen ab. So können bei Dauerbewohnern von Höhlen, in die kein Sonnenlicht eindringt, die Augen ganz oder teilweise eingeschränkt sein: bei blinden Laufkäfern, Fledermäusen, einigen Amphibien und Fischen.

Die Fähigkeit zum Farbsehen hängt auch davon ab, ob die Organismen tag- oder nachtaktiv sind. Hunde, Katzen und Hamster (die sich in der Dämmerung von der Jagd ernähren) sehen alles schwarz auf weiß. Nachtaktive Vögel – Eulen und Ziegenmelker – haben die gleiche Vision. Tagaktive Vögel haben ein gut entwickeltes Farbsehen.

Tiere und Vögel haben auch Anpassungen an den täglichen und nächtlichen Lebensstil. Beispielsweise sind die meisten Huftiere, Bären, Wölfe, Adler und Lerchen tagsüber aktiv, während Tiger, Mäuse, Igel und Eulen nachts am aktivsten sind. Die Länge der Tageslichtstunden beeinflusst den Beginn der Paarungszeit, Wanderungen und Wanderungen bei Vögeln, den Winterschlaf bei Säugetieren usw.

Auf langen Flügen und Wanderungen navigieren Tiere mit Hilfe ihrer Sehorgane. Vögel beispielsweise wählen ihre Flugrichtung mit erstaunlicher Genauigkeit und legen dabei viele tausend Kilometer vom Nistplatz bis zum Überwinterungsgebiet zurück. Es ist erwiesen, dass sich Vögel bei solch langen Flügen zumindest teilweise an der Sonne und den Sternen, also astronomischen Lichtquellen, orientieren. Sie sind in der Lage, zu navigieren und ihre Orientierung zu ändern, um zum gewünschten Punkt auf der Erde zu gelangen. Wenn Vögel in Käfigen transportiert werden, wählen sie von überall auf der Erde aus die richtige Überwinterungsrichtung. Vögel fliegen nicht im Dauernebel, da sie sich während des Fluges oft verirren.

Bei den Insekten ist die Fähigkeit zu dieser Art der Orientierung bei den Bienen ausgeprägt. Sie nutzen den Stand (Höhe) der Sonne als Orientierungshilfe.

Temperaturregime in der Boden-Luft-Umgebung. Temperaturanpassungen. Es ist bekannt, dass Leben eine Existenzweise von Proteinkörpern ist, daher sind die Grenzen der Existenz des Lebens die Temperaturen, bei denen die normale Struktur und Funktion von Proteinen möglich ist, im Durchschnitt von 0°C bis +50°C. Einige Organismen verfügen jedoch über spezielle Enzymsysteme und sind an eine aktive Existenz bei Temperaturen jenseits dieser Grenzen angepasst.

Arten, die Kälte bevorzugen (sie heißen Kryophile), kann die Zellaktivität bis zu -8°... -10°C aufrechterhalten. Bakterien, Pilze, Flechten, Moose und Arthropoden können Unterkühlung tolerieren. Auch bei niedrigen Temperaturen sterben unsere Bäume nicht ab. Wichtig ist nur, dass während der Vorbereitungszeit auf den Winter das Wasser in den Pflanzenzellen in einen besonderen Zustand übergeht und nicht zu Eis wird – dann sterben die Zellen ab. Pflanzen überwinden Unterkühlung, indem sie in ihren Zellen und Geweben Substanzen ansammeln – osmotische Beschützer: verschiedene Zucker, Aminosäuren, Alkohole, die überschüssiges Wasser „herauspumpen“ und verhindern, dass es sich in Eis verwandelt.

Es gibt eine Gruppe von Organismenarten, deren optimales Leben hohe Temperaturen sind Thermophile. Dies sind verschiedene Würmer, Insekten, Milben, die in Wüsten und heißen Halbwüsten leben, das sind Bakterien aus heißen Quellen. Es gibt Quellen mit einer Temperatur von + 70°C, in denen lebende Bewohner leben – Blaualgen (Cyanobakterien) und einige Arten von Weichtieren.

Wenn wir berücksichtigen latent(langfristig ruhende) Formen von Organismen, wie Sporen einiger Bakterien, Zysten, Sporen und Pflanzensamen, dann können sie deutlich unterschiedlichen Temperaturen standhalten. Bakteriensporen können einer Hitze von bis zu 180 °C standhalten. Viele Samen, Pflanzenpollen, Zysten und einzellige Algen können dem Einfrieren in flüssigem Stickstoff (bei -195,8 °C) und der anschließenden Langzeitlagerung bei -70 °C standhalten. Sobald diese Zellen aufgetaut und unter günstigen Bedingungen und ausreichender Ernährung untergebracht sind, können sie wieder aktiv werden und beginnen, sich zu vermehren.

Als vorübergehende Unterbrechung aller lebenswichtigen Prozesse des Körpers wird bezeichnet Scheintod. Anabiose kann bei Tieren sowohl bei sinkender als auch bei steigender Umgebungstemperatur auftreten. Wenn beispielsweise bei Schlangen und Eidechsen die Lufttemperatur über 45 °C steigt, kommt es zu thermischer Erstarrung. Bei Wassertemperaturen unter 4°C haben Amphibien praktisch keine lebenswichtige Aktivität. Aus einem Zustand der Ruhelosigkeit können Lebewesen nur dann zum normalen Leben zurückkehren, wenn die Struktur der Makromoleküle in ihren Zellen (hauptsächlich DNA und Proteine) nicht gestört wird.

Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen ist bei den Landbewohnern unterschiedlich.

Temperaturanpassungen in Pflanzen. Pflanzen sind als unbewegliche Organismen gezwungen, sich an die in ihren Lebensräumen herrschenden Temperaturschwankungen anzupassen. Sie verfügen über spezielle Systeme, die vor Unterkühlung oder Überhitzung schützen. Transpiration- Dies ist ein System zur Verdunstung von Wasser durch Pflanzen über den Spaltöffnungsapparat, wodurch sie vor Überhitzung geschützt werden. Manche Pflanzen sind sogar feuerresistent geworden – so heißt es Pyrophyten. In Savannen und Buschland kommt es häufig zu Bränden. Savannah-Bäume haben eine dicke Rinde, die mit feuerfesten Substanzen imprägniert ist. Die Früchte und Samen haben dicke, holzige Hüllen, die bei Feuereinwirkung platzen und so dazu beitragen, dass die Samen im Boden versinken.

Temperaturanpassungen von Tieren. Tiere haben im Vergleich zu Pflanzen eine größere Fähigkeit, sich an Temperaturschwankungen anzupassen, da sie sich bewegen können, Muskeln haben und ihre eigene innere Wärme erzeugen. Abhängig von den Mechanismen zur Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur gibt es poikilotherm(kaltblütig) und homöotherm(warmblütige) Tiere.

Poikilotherm- Dies sind Insekten, Fische, Amphibien und Reptilien. Ihre Körpertemperatur ändert sich zusammen mit der Umgebungstemperatur.

Homöotherm- Tiere mit einer konstanten Körpertemperatur, die diese auch bei starken Schwankungen der Außentemperatur aufrechterhalten kann (dies sind Säugetiere und Vögel).

Die wichtigsten Möglichkeiten der Temperaturanpassung:

• 1) chemische Thermoregulation- Erhöhung der Wärmeproduktion als Reaktion auf einen Rückgang der Umgebungstemperatur;
• 2) physikalische Thermoregulation- die Fähigkeit, Wärme aufgrund von Haaren und Federn zu speichern, die Verteilung von Fettreserven, die Möglichkeit der Verdunstungswärmeübertragung usw.;

3) Verhaltensthermoregulation- die Fähigkeit, sich von Orten mit extremen Temperaturen zu Orten mit optimalen Temperaturen zu bewegen. Dies ist die wichtigste Art der Thermoregulation bei poikilothermen Tieren. Wenn die Temperatur steigt oder fällt, neigen sie dazu, ihre Position zu ändern oder sich im Schatten, in einem Loch, zu verstecken. Bienen, Ameisen und Termiten bauen Nester mit gut regulierten Temperaturen in ihrem Inneren.

Bei Warmblütern wurde das Thermoregulationssystem deutlich verbessert (obwohl es bei Jungen und Küken schwach ist).

Um die Perfektion der Thermoregulation bei höheren Tieren und Menschen zu veranschaulichen, kann das folgende Beispiel angeführt werden. Vor etwa 200 Jahren führte Dr. C. Blagden in England das folgende Experiment durch: Er verbrachte zusammen mit Freunden und einem Hund 45 Minuten in einer Trockenkammer bei +126 °C ohne gesundheitliche Folgen. Fans der finnischen Sauna wissen, dass man einige Zeit in einer Sauna mit einer Temperatur von mehr als + 100°C (pro Person) verbringen kann, und das ist gut für die Gesundheit. Wir wissen aber auch, dass ein Stück Fleisch gar wird, wenn man es bei dieser Temperatur hält.

Warmblüter verstärken bei Kälteeinwirkung oxidative Prozesse, insbesondere in der Muskulatur. Die chemische Thermoregulation kommt ins Spiel. Es kommt zu Muskelzittern, das zu einer zusätzlichen Wärmeabgabe führt. Der Fettstoffwechsel wird besonders gefördert, da Fette einen erheblichen Vorrat an chemischer Energie enthalten. Daher sorgt die Ansammlung von Fettreserven für eine bessere Thermoregulation.

Eine erhöhte Wärmeproduktion geht mit dem Verzehr großer Nahrungsmengen einher. Vögel, die über den Winter bleiben, brauchen also viel Futter; sie haben keine Angst vor Frost, sondern vor Futtermangel. Bei guter Ernte schlüpfen beispielsweise Fichten- und Kiefernfichtenkreuzschnäbel auch im Winter Küken. Menschen – Bewohner rauer sibirierischer oder nördlicher Regionen – haben von Generation zu Generation ein kalorienreiches Menü entwickelt – traditionelle Knödel und andere kalorienreiche Lebensmittel. Bevor wir der modischen westlichen Ernährung folgen und die Nahrung unserer Vorfahren ablehnen, müssen wir uns daher an die in der Natur vorhandene Zweckmäßigkeit erinnern, die den langjährigen Traditionen der Menschen zugrunde liegt.

Ein wirksamer Mechanismus zur Regulierung des Wärmeaustauschs bei Tieren wie auch bei Pflanzen ist die Verdunstung von Wasser durch Schwitzen oder durch die Schleimhäute des Mundes und der oberen Atemwege. Dies ist ein Beispiel für physikalische Thermoregulation. Ein Mensch kann bei extremer Hitze bis zu 12 Liter Schweiß pro Tag produzieren und damit zehnmal mehr Wärme abgeben als normal. Das ausgeschiedene Wasser muss teilweise über das Trinken wieder zugeführt werden.

Warmblüter zeichnen sich wie Kaltblüter durch eine Verhaltensthermoregulation aus. In den Bauen unterirdisch lebender Tiere sind die Temperaturschwankungen umso geringer, je tiefer der Bau ist. In geschickt gebauten Bienennestern wird ein gleichmäßiges, günstiges Mikroklima aufrechterhalten. Von besonderem Interesse ist das Gruppenverhalten von Tieren. Bei starkem Frost und Schneestürmen bilden Pinguine beispielsweise eine „Schildkröte“ – einen dichten Haufen. Diejenigen, die sich am Rande befinden, dringen nach und nach ins Innere vor, wo die Temperatur bei etwa +37°C gehalten wird. Dort drinnen werden auch die Jungen untergebracht.

Um unter bestimmten Bedingungen der Land-Luft-Umgebung zu leben und sich zu vermehren, haben Tiere und Pflanzen im Laufe der Evolution eine Vielzahl von Anpassungen und Systemen entwickelt, die an diesen Lebensraum angepasst sind.

Bodenluftverschmutzung. In letzter Zeit ist die Veränderung des Boden-Luft-Lebensraums zu einem immer bedeutenderen externen Faktor geworden anthropogener Faktor.

Die Atmosphäre hat wie die Biosphäre die Eigenschaft, sich selbst zu reinigen oder das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Ausmaß und Geschwindigkeit der modernen Luftverschmutzung übersteigen jedoch die natürlichen Möglichkeiten ihrer Neutralisierung.

Erstens handelt es sich um natürliche Verschmutzung – verschiedene Stäube: mineralische (Verwitterungs- und Zerstörungsprodukte von Gesteinen), organische (Aeroplankton – Bakterien, Viren, Pollen) und kosmische (Partikel, die aus dem Weltraum in die Atmosphäre gelangen).

Zweitens handelt es sich um künstliche (anthropogene) Verschmutzung – Industrie-, Verkehrs- und Haushaltsemissionen in die Atmosphäre (Staub aus Zementfabriken, Ruß, verschiedene Gase, radioaktive Verschmutzung, Pestizide).

Nach groben Schätzungen wurden in den letzten 100 Jahren 1,5 Millionen Tonnen Arsen in die Atmosphäre freigesetzt; 1 Million Tonnen Nickel; 1,35 Millionen Tonnen Silizium, 900.000 Tonnen Kobalt, 600.000 Tonnen Zink, die gleiche Menge Kupfer und andere Metalle.

Chemiefabriken emittieren Kohlendioxid, Eisenoxid, Stickoxide und Chlor. Von den Pestiziden sind Organophosphorverbindungen besonders giftig, wodurch sie in der Atmosphäre noch giftiger werden.

Als Folge der Emissionen in Städten, in denen die ultraviolette Strahlung reduziert ist und sich viele Menschen aufhalten, kommt es zu einer Verschlechterung der Luftqualität, die sich unter anderem in Smog äußert.

Smog passiert „klassisch“(eine Mischung aus giftigen Nebeln, die bei wenig Wolken entstehen) und „ photochemisch„(ein Gemisch aus ätzenden Gasen und Aerosolen, das durch photochemische Reaktionen ohne Nebel entsteht). Der Smog in London und Los Angeles ist am gefährlichsten. Es absorbiert bis zu 25 % der Sonnenstrahlung und 80 % der ultravioletten Strahlen, worunter die städtische Bevölkerung leidet.

Das Boden-Luft-Umfeld ist für das Leben von Organismen am schwierigsten. Die physikalischen Faktoren, aus denen es besteht, sind sehr vielfältig: Licht, Temperatur. Doch Organismen haben sich im Laufe der Evolution an diese sich verändernden Faktoren angepasst und Anpassungssysteme entwickelt, um eine extreme Anpassungsfähigkeit an die Lebensbedingungen zu gewährleisten. Obwohl die Umweltressource Luft unerschöpflich ist, verschlechtert sich ihre Qualität rapide. Luftverschmutzung ist die gefährlichste Form der Umweltverschmutzung.

Fragen und Aufgaben zur Selbstkontrolle

• 1. Erklären Sie, warum die Boden-Luft-Umgebung für das Leben von Organismen am schwierigsten ist.
• 2. Nennen Sie Beispiele für Anpassungen von Pflanzen und Tieren an hohe und niedrige Temperaturen.
• 3. Warum hat die Temperatur einen starken Einfluss auf die Lebensaktivität aller Organismen?
• 4. Analysieren Sie, wie Licht das Leben von Pflanzen und Tieren beeinflusst.
• 5. Beschreiben Sie, was Photoperiodismus ist.
• 6. Beweisen Sie, dass verschiedene Wellen des Lichtspektrums unterschiedliche Auswirkungen auf lebende Organismen haben, und nennen Sie Beispiele. Listen Sie auf, in welche Gruppen lebende Organismen je nach Energienutzung eingeteilt werden, und nennen Sie Beispiele.
• 7. Kommentieren Sie, was saisonale Phänomene in der Natur verursacht und wie Pflanzen und Tiere darauf reagieren.
• 8. Erklären Sie, warum die Luftverschmutzung an Land die größte Gefahr für lebende Organismen darstellt.

Jeder Lebensraum ist ein komplexes System, das sich durch seinen einzigartigen Satz abiotischer und biotischer Faktoren auszeichnet, die im Wesentlichen diese Umwelt prägen. Evolutionär entstand die Land-Luft-Umgebung später als die aquatische Umwelt, die mit chemischen Umwandlungen in der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft verbunden ist. Die meisten Organismen mit einem Kern leben in der terrestrischen Umwelt, die mit einer Vielzahl natürlicher Zonen, physikalischen, anthropogenen, geografischen und anderen bestimmenden Faktoren verbunden ist.

Eigenschaften der Boden-Luft-Umgebung

Diese Umgebung besteht aus Mutterboden ( bis zu 2 km tief) und untere Atmosphäre ( bis zu 10 km). Die Umwelt ist durch eine große Vielfalt unterschiedlicher Lebensformen geprägt. Unter den Wirbellosen können wir feststellen: Insekten, einige Arten von Würmern und Weichtieren, natürlich überwiegen Wirbeltiere. Der hohe Sauerstoffgehalt der Luft führte zu einer evolutionären Veränderung des Atmungssystems und einem intensiveren Stoffwechsel.

Die Atmosphäre weist eine unzureichende und oft schwankende Luftfeuchtigkeit auf, was oft die Ausbreitung lebender Organismen einschränkt. In Regionen mit hohen Temperaturen und niedriger Luftfeuchtigkeit entwickeln Eukaryoten verschiedene Idioadaptionen, deren Zweck darin besteht, den lebenswichtigen Wasserspiegel aufrechtzuerhalten (Umwandlung von Pflanzenblättern in Nadeln, Fettansammlung in den Höckern eines Kamels).

Für Landtiere ist das Phänomen charakteristisch Photoperiodismus, daher sind die meisten Tiere nur tagsüber oder nur nachts aktiv. Außerdem ist die terrestrische Umwelt durch eine erhebliche Schwankungsbreite von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichtintensität gekennzeichnet. Änderungen dieser Faktoren hängen mit dem geografischen Standort, wechselnden Jahreszeiten und der Tageszeit zusammen. Aufgrund der geringen Dichte und des geringen Drucks der Atmosphäre hat sich Muskel- und Knochengewebe stark entwickelt und ist komplexer geworden.

Wirbeltiere entwickelten komplexe Gliedmaßen, die dazu geeignet waren, den Körper zu stützen und sich unter Bedingungen geringer atmosphärischer Dichte auf festen Untergründen fortzubewegen. Pflanzen verfügen über ein fortschrittliches Wurzelsystem, das es ihnen ermöglicht, im Boden Fuß zu fassen und Stoffe in beträchtliche Höhen zu transportieren. Landpflanzen haben auch mechanische Grundgewebe, Phloem und Xylem, entwickelt. Die meisten Pflanzen verfügen über Anpassungen, die sie vor übermäßiger Transpiration schützen.

Die Erde

Obwohl der Boden als Boden-Luft-Lebensraum eingestuft wird, unterscheidet er sich in seinen physikalischen Eigenschaften stark von der Atmosphäre:

• Hohe Dichte und Druck.
• Zu wenig Sauerstoff.
• Geringe Amplitude der Temperaturschwankungen.
• Geringe Lichtintensität.

In dieser Hinsicht haben Untergrundbewohner ihre eigenen Anpassungen, die sich von Landtieren unterscheiden.

Wasserlebensraum

Eine Umgebung, die die gesamte Hydrosphäre umfasst, sowohl Salz- als auch Süßwasserkörper. Dieses Umfeld zeichnet sich durch eine geringere Lebensvielfalt und eigene besondere Bedingungen aus. Es wird von kleinen Wirbellosen bewohnt, die Plankton, Knorpel- und Knochenfische, Weichtierwürmer und einige Säugetierarten bilden

Die Sauerstoffkonzentration variiert erheblich mit der Tiefe. An Orten, an denen Atmosphäre und Hydrosphäre aufeinander treffen, gibt es viel mehr Sauerstoff und Licht als in der Tiefe. Der hohe Druck, der in großen Tiefen 1000-mal höher ist als der Atmosphärendruck, bestimmt die Körperform der meisten Unterwasserbewohner. Die Amplitude der Temperaturänderungen ist gering, da die Wärmeübertragung vom Wasser viel geringer ist als die der Erdoberfläche.

Unterschiede zwischen der Wasser- und der Land-Luft-Umgebung

Wie bereits erwähnt, werden die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale verschiedener Lebensräume bestimmt durch abiotischen Faktoren. Die Land-Luft-Umgebung zeichnet sich durch eine große biologische Vielfalt, eine hohe Sauerstoffkonzentration sowie schwankende Temperaturen und Luftfeuchtigkeit aus, die die wichtigsten limitierenden Faktoren für die Ansiedlung von Tieren und Pflanzen sind. Biologische Rhythmen hängen von der Länge des Tageslichts, der Jahreszeit und der natürlichen Klimazone ab. In der aquatischen Umwelt befinden sich die meisten organischen Nährstoffe in der Wassersäule oder an deren Oberfläche, nur ein kleiner Teil befindet sich am Boden; in der Boden-Luft-Umgebung befinden sich alle organischen Substanzen an der Oberfläche.

Landbewohner zeichnen sich durch eine bessere Entwicklung der Sinnesorgane und des gesamten Nervensystems aus, auch der Bewegungsapparat, das Kreislauf- und Atmungssystem haben sich deutlich verändert. Die Felle sind sehr unterschiedlich, da sie funktionell unterschiedlich sind. Unter Wasser kommen häufig niedere Pflanzen (Algen) vor, die in den meisten Fällen keine echten Organe besitzen; als Befestigungsorgane dienen beispielsweise Rhizoide. Die Verbreitung von Wasserbewohnern ist oft mit warmen Unterwasserströmungen verbunden. Neben den Unterschieden zwischen diesen Lebensräumen gibt es Tiere, die sich an das Leben in beiden angepasst haben. Zu diesen Tieren gehören Amphibien.