Le déroulement de tous les processus biochimiques dans les cellules et le fonctionnement normal du corps dans son ensemble ne sont possibles que s'il est suffisamment alimenté en eau - condition nécessaire vie.
Le manque d'humidité est l'une des caractéristiques les plus importantes environnement sol-air vie. Toute l'évolution des organismes terrestres est passée sous le signe de l'adaptation à l'extraction et à la préservation de l'humidité. Les modes d'humidité de l'environnement terrestre sont très divers - de la saturation complète et constante de l'air en vapeur d'eau dans certaines régions des tropiques à leur absence presque totale dans l'air sec des déserts. La variabilité quotidienne et saisonnière de la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère est également grande. L'approvisionnement en eau des organismes terrestres dépend également du régime des précipitations, de la présence de réservoirs, des réserves d'humidité du sol, de la proximité des eaux souterraines, etc. Cela a conduit au développement de nombreuses adaptations des organismes terrestres à divers régimes d'approvisionnement en eau, qui ont déjà été discutées. au dessus. L'écologie des espèces existant dans une atmosphère saturée en vapeur d'eau est proche de l'écologie des organismes aquatiques. La xérophilie des plantes et des animaux n'est caractéristique que de l'environnement terrestre-air.
Adaptation des plantes pour maintenir l'équilibre hydrique. Les plantes terrestres inférieures provenant d'un substrat humide absorbent l'eau par les parties du thalle qui y sont immergées et l'humidité de la pluie, de la rosée et du brouillard - "par toute la surface. Dans l'état de gonflement maximal, les lichens contiennent 2 à 3 fois plus d'eau que la matière sèche.
Parmi les plantes terrestres supérieures, les bryophytes absorbent l'eau du sol par les rhizoïdes, et la plupart des autres - par les racines, des organes spécialisés qui absorbent l'eau. Une force de succion se développe dans les cellules racinaires le plus souvent dans plusieurs atmosphères, mais elle est suffisante pour extraire la majeure partie de l'eau liée du sol. Les arbres forestiers de la zone tempérée développent une force de succion des racines d'environ 3-106 Pa (30 atm), certaines plantes herbacées (fraise des bois, pulmonaire peu claire) - jusqu'à 2-106 Pa (20) et même plus de 4-106 Pa (40 atm) (goudron ordinaire); plantes dans les zones sèches - jusqu'à 60 atm.
Lorsque les réserves d'eau du sol s'épuisent à proximité immédiate des racines, celles-ci augmentent la surface active par la croissance, de sorte que le système racinaire des plantes est constamment en mouvement. Dans les plantes des steppes et du désert, on peut souvent voir des racines éphémères, qui poussent rapidement pendant les périodes d'humidité du sol et se dessèchent avec le début d'une période sèche.
Par type de ramification, on distingue les systèmes racinaires extensifs et intensifs.Système racinaire étendu couvre un grand volume de sol, mais se ramifie relativement faiblement, de sorte que le sol est peu pénétré par les racines. Tels sont les systèmes racinaires de nombreuses plantes des steppes et du désert (saxaoul, épine de chameau), des arbres d'une bande tempérée (pin, bouleau pendant) et des graminées dans la luzerne en forme de faucille, le bleuet rugueux, etc.
Système racinaire intensif couvre un petit volume de sol, mais le pénètre densément avec de nombreuses racines très ramifiées, comme, par exemple, dans les graminées gazonnées des steppes (herbe à plumes, fétuque, etc.), seigle, blé. Il existe des systèmes de transition entre ces types de systèmes racinaires.
Les systèmes racinaires sont très plastiques et réagissent fortement aux conditions changeantes, principalement à l'humidité. Avec un manque d'humidité, le système racinaire devient plus étendu. Ainsi, lors de la culture du seigle dans conditions différentes la longueur totale des racines (sans les poils absorbants) dans 1000 cm3 de sol varie de 90 m à 13 km, et la surface des poils absorbants peut augmenter de 400 fois.
L'absorption d'eau par les racines est difficile lorsque le sol est très sec, salin ou acide, à basse température. Par exemple, les cendres ordinaires à une température du sol de 0C absorbent 3 fois moins d'eau qu'à + 20 ... + 30 ° C. La capacité d'absorber l'eau à une température donnée dépend de l'adaptabilité des plantes au régime thermique des sols dans les lieux de leur croissance. En règle générale, les espèces à développement précoce peuvent absorber l'eau par les racines à une température plus basse que celles qui se développent plus tard. Les plantes de la toundra et certains arbres poussant sur des sols avec du pergélisol sous-jacent peuvent absorber de l'eau à une température du sol de 0C.
Ont plantes supérieures il existe d'autres moyens pour que l'eau pénètre dans le corps. Les mousses peuvent absorber de l'eau sur toute leur surface, tout comme les lichens. Les mousses comme les espèces de lin coucou et de sphaigne absorbent surtout beaucoup d'eau, ce qui est facilité par la structure de leurs feuilles et pousses. Lorsqu'elles sont complètement saturées, les mousses de sphaigne contiennent des dizaines de fois plus d'eau dans leur corps qu'à l'état sec. Les graines absorbent l'eau du sol. De l'air saturé de vapeur d'eau, sous la pluie forêt tropicale de nombreux épiphytes absorbent l'eau, par exemple la fougère hymenophil-lum - à feuilles fines, de nombreuses orchidées - à racines aériennes. Dans les gaines en forme de coupe des feuilles de nombreuses ombelles, l'eau s'accumule, qui est progressivement absorbée par l'épiderme. Des espèces du genre Tillandsia (broméliacées) existent dans le désert d'Atacama presque exclusivement en raison de l'humidité du brouillard et de la rosée, qui est absorbée par les poils écailleux des feuilles.
L'eau qui pénètre dans la plante est transportée de cellule en cellule (transport à courte distance) et le long du xylème vers tous les organes, où elle est consacrée aux processus vitaux (transport à longue distance). En moyenne, 0,5% de l'eau est utilisée pour la photosynthèse, et le reste est utilisé pour reconstituer l'évaporation et maintenir la turgescence. L'eau s'évapore de toutes les surfaces, tant internes qu'externes, en contact avec l'air. Distinguer la transpiration stomatique, cuticulaire et péridermique.
L'humidité évaporée de la surface des cellules à l'intérieur des organes est transportée à travers les stomates. C'est la principale façon dont une plante utilise l'eau. La transpiration cuticulaire est inférieure à 10 % de l'évaporation libre ; dans les conifères conifères elle est réduite à 0,5 %, et même à 0,05 % chez les cactus. La transpiration cuticulaire des jeunes feuilles qui se déplient est relativement élevée. La transpiration péridermique est généralement négligeable. L'intensité de la transpiration générale augmente avec l'augmentation de l'éclairement, de la température, de l'air sec et du vent.
Le bilan hydrique reste équilibré si l'absorption, la conduction et la consommation d'eau sont en harmonie les unes avec les autres. Les violations de celui-ci peuvent être à court ou à long terme. Selon les adaptations des plantes terrestres aux fluctuations à court terme des conditions d'approvisionnement en eau et d'évaporation, on distingue les espèces poïkilohydriques et homoyohydriques.
Ont fesses de plantes hydriques la teneur en eau dans les tissus est variable et fortement dépendante du degré d'humidité environnement... Ils ne peuvent pas réguler la transpiration et perdent et absorbent facilement et rapidement de l'eau, en utilisant l'humidité de la rosée, du brouillard, des pluies à court terme, et sont en animation suspendue lorsqu'ils sont secs. Capable d'habiter là où de courtes périodes d'humidité alternent avec de longues périodes de sécheresse.
La poïkilohydricité est caractéristique du bleu les algues vertes, des algues vertes de l'ordre des protocoques, des champignons, des lichens, ainsi qu'un certain nombre de plantes supérieures : de nombreuses mousses, quelques fougères, et même des plantes à fleurs individuelles, apparemment, qui sont à nouveau passées à un mode de vie poïkilohydrique. Tel est par exemple l'arbuste sud-africain Myrothamnus flabel-lifolia (Rosaceae).
Dans les petites cellules du thalle de la plupart des plantes inférieures, il n'y a pas de vacuole centrale ; par conséquent, lors du séchage, elles sont uniformément comprimées sans changements irréversibles dans l'ultrastructure du protoplaste. Les algues bleu-vert qui poussent à la surface du sol dans le désert, se dessèchent, se transforment en une croûte sombre. De rares pluies, leur masse visqueuse gonfle et leurs corps filamenteux commencent à végéter. Les mousses poussant sur les roches sèches, les troncs d'arbres ou à la surface du sol des prairies et des steppes (genres Thuidi-um, Tortula, etc.) peuvent également se dessécher fortement sans perdre leur vitalité.
Grains et embryons de pollen poïkilohydrique dans les graines de plantes.
Plantes homohydriques capable de maintenir la constance relative de la coupe de l'eau des tissus. Ceux-ci incluent la plupart des plantes terrestres supérieures. Ils sont caractérisés par une grande vacuole centrale dans les cellules. Grâce à cela, la cellule dispose toujours d'un approvisionnement en eau et ne dépend pas tant des volatiles conditions extérieures... De plus, les pousses sont recouvertes à la surface d'un épiderme avec une cuticule qui n'est pas perméable à l'eau, la transpiration est régulée par l'appareil stomatique et un système racinaire bien développé peut absorber en continu l'humidité du sol pendant la saison de croissance. Cependant, la capacité des plantes homéohydriques à réguler leurs échanges d'eau est différente. Parmi eux, on distingue des groupes d'écologie différente.
Groupes écologiques de plantes en relation avec l'eau. Hydato-fit- ce plantes aquatiques complètement ou presque entièrement immergé dans l'eau. Parmi elles, des plantes à fleurs, qui ont de nouveau basculé vers le mode de vie aquatique (élodée, potamot, renoncule d'eau, val-lisneria, urut, etc.). Sorties de l'eau, ces plantes se dessèchent rapidement et meurent. Ils ont des stomates réduits et pas de cuticules.
Le limbe des feuilles chez les hydatophytes, en règle générale, est mince, sans différenciation du mésophylle, souvent disséqué, ce qui contribue à une utilisation plus complète de l'affaiblissement de l'eau lumière du soleil et l'assimilation du CO2. Variabilité souvent exprimée - hétérophyllie; de nombreuses espèces ont des feuilles flottantes qui ont une structure légère. Les pousses soutenues par l'eau n'ont souvent pas de tissus mécaniques; l'aerenchyme y est bien développé.
Le système racinaire des hydatophytes à fleurs est fortement réduit, parfois totalement absent ou a perdu ses fonctions principales (chez les lentilles d'eau). L'absorption de l'eau et des sels minéraux se produit sur toute la surface du corps. En règle générale, les pousses en fleurs portent des fleurs au-dessus de l'eau (la pollinisation a moins souvent lieu dans l'eau), et après la pollinisation, les pousses peuvent à nouveau se submerger et la maturation des fruits se produit sous l'eau (vallisneria, elodea, rdesta, etc.).
Hydrophytes- Ce sont des plantes terrestres-aquatiques, partiellement immergées dans l'eau, poussant le long des rives des réservoirs, dans les eaux peu profondes, dans les marécages. On les trouve dans des régions aux conditions climatiques très variées. Ceux-ci incluent le roseau commun, le plantain hour-tukha, la montre à trois feuilles, le souci des marais et d'autres espèces. Ils ont des tissus conducteurs et mécaniques mieux développés que les hydatophytes. L'aérenchyme est bien exprimé. Dans les régions arides à fort ensoleillement, leurs feuilles ont une structure légère. Les hydrophytes ont un épiderme avec des stomates, l'intensité de la transpiration est très élevée et ils ne peuvent se développer qu'avec une absorption intensive constante d'eau.
Hygrophytes- les plantes terrestres vivant dans des conditions de forte humidité de l'air et souvent sur des sols humides. Parmi eux, on distingue l'ombre et la lumière. Les hygrophytes de l'ombre sont des plantes niveaux inférieurs forêts humides dans différents zones climatiques(tactile, cirque alpin, chardon des jardins, plusieurs herbes tropicales etc.). En raison de la forte humidité de l'air, la transpiration peut être difficile pour eux, par conséquent, pour améliorer les échanges d'eau sur les feuilles, des hydatodes ou des stomates d'eau, émettant de l'eau liquide goutte à goutte, se développent. Les feuilles sont souvent minces, avec une structure ombragée, avec une cuticule peu développée, contiennent beaucoup d'eau libre et mal liée. La teneur en eau des tissus atteint 80% ou plus. Avec le début d'une sécheresse même courte et légère, un bilan hydrique négatif se crée dans les tissus, les plantes flétrissent et peuvent mourir.
Les hygrophytes légers comprennent également des types d'habitats ouverts de la zone tempérée, poussant sur des sols constamment humides et dans un air humide (papyrus, riz, noyaux, gaillet des marais, droséra, etc.).
Mésophytes peut tolérer une sécheresse courte et peu sévère. Ce sont des plantes qui poussent avec une humidité moyenne, des conditions modérément chaudes et une assez bonne alimentation minérale. Les arbres à feuilles persistantes peuvent être classés comme mésophytes. niveaux supérieurs forêts tropicales, arbres à feuilles caduques savane, espèces d'arbresà feuilles persistantes humides forêts subtropicales, espèces à feuilles caduques vert estival des forêts tempérées, arbustes des sous-bois, plantes herbacées de chênaie large, plantes de prairies sèches inondées et pas trop sèches, éphémères et éphéméroïdes désertiques, nombreuses adventices
et la plupart des plantes cultivées. De la liste ci-dessus, on peut voir que le groupe des mésophytes est très étendu et hétérogène. Pour ce qui est de leur capacité à réguler leurs échanges hydriques, certains se rapprochent des hygrophytes, d'autres - des formes résistantes à la sécheresse.
Xérophytes poussent dans des endroits peu humides et disposent de dispositifs leur permettant d'extraire l'eau lorsqu'elle manque, de limiter l'évaporation de l'eau ou de la stocker lors d'une sécheresse. Les xérophytes sont meilleurs que toutes les autres plantes capables de réguler les échanges d'eau, par conséquent, même pendant une sécheresse prolongée, ils restent en état actif... Ce sont des plantes des déserts, des steppes, des forêts et des arbustes à feuilles persistantes à feuilles raides, des dunes de sable et des pentes sèches et très chauffées.
Les xérophytes sont classés en deux types principaux : les succulentes et les sclérophytes.
Succulentes- des plantes succulentes avec un parenchyme retenant l'eau très développé dans divers organes. Plantes succulentes à tiges - cactus, stapelia, euphorbe ; plantes succulentes à feuilles - aloès, agave, mesembryanthemum, rajeunies, orpin; racines succulentes - asperges, oxalis. Dans les déserts d'Amérique centrale et Afrique du Sud les succulentes peuvent façonner le paysage.
Les feuilles, et dans le cas de leur réduction, les tiges des succulentes ont une cuticule épaisse, souvent une puissante floraison cireuse ou une pubescence dense. Les stomates sont submergés et s'ouvrent dans un espace où la vapeur d'eau est retenue. Ils sont fermés en journée. Cela aide les plantes succulentes à conserver l'humidité accumulée, mais cela altère les échanges gazeux, ce qui rend difficile l'entrée de CO2 dans la plante. Par conséquent, de nombreuses plantes grasses des familles des liliacées, des broméliacées, des cactus, des plantes grasses absorbent le CO2 la nuit avec des stomates ouverts, qui n'est traité que le lendemain dans le processus de photosynthèse. Le CO2 absorbé est transformé en malate. De plus, lors de la respiration nocturne, les glucides ne sont pas décomposés en dioxyde de carbone, mais en acides organiques, qui sont rejetés dans la sève cellulaire. Pendant la journée, à la lumière, le malate et d'autres acides organiques se décomposent en libérant du CO2, qui est utilisé dans le processus de photosynthèse. Ainsi, de grandes vacuoles contenant de la sève cellulaire stockent non seulement de l'eau, mais aussi du CO2. Étant donné que chez les succulentes, la fixation nocturne du dioxyde de carbone et son traitement pendant la journée pendant la photosynthèse sont séparés dans le temps, ils se fournissent en carbone sans risquer de perte d'eau excessive, mais l'ampleur de l'apport en dioxyde de carbone avec cette méthode est faible et les succulentes poussent lentement. .
La pression osmotique de la sève cellulaire des plantes succulentes est faible - seulement 3-105-8-105 Pa (3-8 atm), elles développent une petite force de succion et ne sont capables d'absorber l'eau que des précipitations atmosphériques des horizons supérieurs du sol. Leur système racinaire est peu profond, mais largement répandu, ce qui est particulièrement typique des cactus.
Sclérophytes - ce sont des plantes, au contraire, d'aspect sec, souvent à feuilles étroites et petites, parfois enroulées en tube. Les feuilles peuvent également être disséquées, couvertes de poils ou de fleurs cireuses. Le sclérenchyme est bien développé, donc les plantes sont sans conséquences néfastes peut perdre jusqu'à 25 % d'humidité sans sécher. L'eau liée prédomine dans les cellules. La force d'aspiration des racines va jusqu'à plusieurs dizaines d'atmosphères, ce qui permet d'extraire avec succès l'eau du sol. Avec un manque d'eau, la transpiration est fortement réduite. Les sclérophytes peuvent être divisés en deux groupes : les euxérophytes et les stipaxerophytes.
À euxérophytes comprennent de nombreuses plantes steppiques à rosette et semi-rosette, pousses fortement pubescentes, semi-arbustes, certaines céréales, absinthe froide, edelweiss, edelweiss, etc. faible.
Stipaxerophytes- Il s'agit d'un groupe de graminées à gazon à feuilles étroites (herbe à plumes, à pattes fines, fétuque, etc.). Ils se caractérisent par une faible transpiration pendant les périodes sèches et peuvent tolérer une déshydratation des tissus particulièrement sévère. Les feuilles pliées ont une chambre humide à l'intérieur. La transpiration passe par les stomates immergés dans les rainures de cette chambre, ce qui réduit la perte d'humidité.
En plus des nommés groupes environnementaux plantes, il existe également un certain nombre de types mixtes ou intermédiaires.
Divers modes de régulation des échanges d'eau ont permis aux plantes de peupler les conditions écologiques les plus variées sur les terres émergées. Une variété d'adaptations sous-tend donc la propagation des plantes à la surface de la terre, où le déficit hydrique est l'un des principaux problèmes d'adaptation écologique.
L'eauéquilibre des animaux terrestres. Les animaux reçoivent de l'eau de trois manières principales : en buvant, avec des aliments juteux et en raison du métabolisme, c'est-à-dire par l'oxydation et la dégradation des graisses, des protéines et des glucides.
Certains animaux peuvent absorber l'eau à travers les couvertures d'un substrat humide ou de l'air, par exemple, les larves de certains insectes - coléoptères de la farine, coléoptères, etc.
La perte d'eau chez les animaux se produit par évaporation des téguments ou des muqueuses des voies respiratoires, en excrétant l'urine et les résidus alimentaires non digérés du corps.
Bien que les animaux puissent supporter des pertes d'eau à court terme, en général la consommation d'eau doit être compensée par l'arrivée. Perdre de l'eau mène à la mort plutôt qu'à la famine.
Les espèces qui reçoivent de l'eau principalement en buvant sont fortement dépendantes de la disponibilité des points d'eau. Ceci est particulièrement vrai pour grands mammifères... Dans les régions sèches et arides, ces animaux effectuent parfois des migrations importantes vers les plans d'eau et ne peuvent pas vivre trop loin d'eux. V savanes africaineséléphants, antilopes, lions, hyènes fréquentent régulièrement les points d'eau. Pour les kulans de la réserve de Badkhyz, les points d'eau déterminent le placement estival des troupeaux, le rythme quotidien et le comportement des animaux.
De nombreux oiseaux ont également besoin d'eau potable. Les hirondelles et les martinets boivent à la volée, balayant la surface du réservoir. Les tétras dans les déserts effectuent chaque jour de nombreux kilomètres de vols vers les points d'eau et apportent de l'eau aux poussins. Les gangas mâles utilisent un moyen unique de transporter l'eau - ils en saturent le plumage sur leur poitrine et les poussins serrent les plumes gonflées avec leur bec.
En même temps, de nombreux animaux peuvent se passer boire de l'eau obtenir de l'humidité par d'autres moyens.
L'humidité de l'air est également très importante pour les animaux, car la quantité d'évaporation de la surface du corps en dépend. La perte d'eau par évaporation est également due à la structure des couvertures. Certaines espèces ne peuvent pas vivre dans l'air sec et ont besoin d'une saturation complète en vapeur d'eau. D'autres habitent les régions les plus sèches sans se blesser.
Parmi un certain nombre de groupes d'animaux, on peut distinguer hygrophile et xérophiles, c'est-à-dire les espèces qui aiment l'humidité et qui aiment la sécheresse. Le groupe intermédiaire se compose de mésophiles. Parmi les insectes, par exemple, les moustiques suceurs de sang sont hygrophiles, qui sont actifs principalement le soir et le matin, et pendant la journée - soit par temps nuageux, soit uniquement à l'ombre, sous un couvert forestier, c'est-à-dire avec de l'air élevé humidité. Scarabées xérophiles, ténébrions du désert, criquets pèlerins, etc.
Les méthodes de régulation du bilan hydrique chez les animaux sont plus variées que chez les plantes. Ils peuvent être divisés en comportement, morphologique et physiologique.
Les adaptations comportementales incluent la recherche de points d'eau, le choix d'habitats, le creusement de trous, etc. Dans les terriers, l'humidité de l'air approche les 100 %, même lorsque la surface est très sèche. Cela réduit le besoin d'évaporation à travers le tégument, économise l'humidité dans le corps.
L'efficacité des adaptations comportementales pour assurer l'équilibre hydrique peut être vue sur l'exemple du pou du bois du désert. Les cloportes sont des crustacés typiques qui ne diffèrent pas par des adaptations anatomiques et morphologiques particulières à un mode de vie terrestre. Néanmoins, les représentants du genre Hemilepistus ont maîtrisé les endroits les plus secs et les plus chauds de la Terre - les déserts argileux. Là, ils creusent de profonds terriers verticaux, où il fait toujours humide, et ne les laissent, en remontant à la surface, qu'aux heures de la journée où l'humidité de la couche d'air superficielle est élevée. Lorsque le sol s'assèche particulièrement fortement et qu'il existe une menace de diminution de l'humidité de l'air chez le vison, les femelles ferment le trou avec des segments antérieurs fortement sclérosés, créant un embué l'espace et protéger les jeunes du dessèchement.
Les méthodes morphologiques de maintien d'un équilibre hydrique normal incluent des formations qui contribuent à la rétention d'eau dans le corps : les coquilles d'escargots terrestres, kératinisées
les toits des reptiles, le développement de l'épicuticule chez les insectes, etc. Chez les ténébrions du désert, les élytres se développent ensemble et se développent jusqu'au corps, la deuxième paire d'ailes est réduite et une chambre est formée entre le corps et les élytres, où les stigmates de l'insecte émergent. Cette chambre s'ouvre vers l'extérieur avec seulement une petite fente étroite, l'air qu'elle contient est saturé de vapeur d'eau. Les parties du corps en contact avec l'environnement extérieur sont protégées par une épicuticule imperméable à l'eau.
Les adaptations physiologiques à la régulation de la tromperie hydrique sont la capacité de former une humidité métabolique, d'économiser de l'eau lors de l'excrétion d'urine et de matières fécales, le développement de l'endurance à la déshydratation, la quantité de transpiration et le retour d'eau des muqueuses.
La tolérance à la déshydratation a tendance à être plus élevée chez les animaux exposés au stress thermique. Pour les humains, une perte d'eau supérieure à 10 % du poids corporel est fatale. Les chameaux tolèrent des pertes d'eau jusqu'à 27%, les moutons - jusqu'à 23, les chiens - jusqu'à 17%.
L'économie d'eau dans le tube digestif est obtenue par l'absorption d'eau par les intestins et la production de matières fécales sèches. La teneur en eau des matières fécales des animaux varie en fonction de la composition de l'aliment, mais reflète en général l'adaptabilité à vivre dans différentes conditions d'humidité. Par exemple, pour 100 g d'excréments de vache tarie dans un pâturage, il y a 566 g d'eau, tandis que les chameaux en ont 109, et avec un régime anhydre - seulement 76 g.
Chez les insectes vivant dans les régions arides, les organes excréteurs - les vaisseaux malpighiens - entrent en contact étroit avec la paroi de l'intestin postérieur avec leurs extrémités libres et absorbent l'eau de son contenu. Ainsi, l'eau retourne à nouveau dans le corps (ténébrions du désert, fourmis lions, larves de coccinelles, etc.).
Pour économiser l'eau excrétée par les reins, une restructuration du métabolisme de l'azote est nécessaire. Avec la dégradation des protéines dans la plupart des les organismes aquatiques il se forme de l'ammoniac qui est toxique pour le cytoplasme même à de faibles concentrations. Beaucoup d'eau est dépensée dans le processus de sa formation et de son excrétion. Chez les animaux terrestres, l'ammoniac n'est présent parmi les produits métaboliques que sous les formes qui vivent dans des conditions d'approvisionnement en eau suffisantes, par exemple dans les pucerons qui se nourrissent en permanence de la sève des plantes. L'urée est le principal composant de l'urine excrétée chez les mammifères terrestres. C'est un produit métabolique moins toxique qui peut s'accumuler dans le plasma et les fluides de la cavité et être excrété dans des solutions plus concentrées, ce qui permet d'économiser de l'eau. Également excrété dans l'urine divers sels... La concentration totale de l'urine par rapport au plasma peut être un indicateur de la capacité à économiser l'eau lors de l'excrétion. Chez l'homme, l'urine est 4,2 fois plus concentrée que le plasma, chez le mouton - 7,6 fois, chez un chameau - 8 fois, chez les gerboises - 14 fois.
Les reptiles écailleux et les tortues terrestres, les groupes qui ont maîtrisé les régions les plus arides, sécrètent de l'acide urique peu soluble. La même chose est typique pour les oiseaux et les insectes supérieurs. Les arachnides sécrètent de la guanine. La formation de guanine et d'acide urique nécessite un minimum d'eau.
Tous les animaux ne peuvent pas vivre de l'humidité métabolique. L'oxydation des graisses nécessite un grand nombre l'oxygène, et une ventilation supplémentaire des poumons dans l'air sec s'accompagne de la perte de vapeur d'eau. La graisse dans les bosses des chameaux n'est pas la principale source d'approvisionnement en eau pour eux, car la consommation d'eau pour une respiration accrue pendant la thermorégulation est égale ou même supérieure à la quantité d'eau métabolique reçue. Par conséquent, les chameaux ont besoin de boire périodiquement.
Les petits mammifères fuyant la chaleur dans des terriers frais peuvent couvrir une partie importante de leurs coûts en raison des processus oxydatifs, car ils n'ont pas besoin d'eau supplémentaire pour la thermorégulation. Les espèces du désert telles que de nombreuses gerboises, le rat kangourou américain, la gerbille africaine et d'autres vivent presque exclusivement de nourriture sèche. orge perlée... De plus, à partir de 100 g d'aliment consommé par l'animal par mois, il se forme environ 54 g d'eau. En plus de cela, les animaux n'utilisaient que l'humidité absorbée par la céréale, dont la teneur, en fonction de l'humidité de l'air, varie de 10 à 18%.
Les insectes peuvent utiliser l'eau métabolique dans une plus grande mesure que les vertébrés, car le système trachéal des insectes assure un drainage efficace de l'air avec de faibles pertes par évaporation. Chez de nombreuses espèces, le corps gras sert principalement de source d'eau, plutôt que de réserves d'énergie. Les chenilles de la teigne des vêtements, de la teigne des moulins, des charançons des granges et du riz et bien d'autres vivent exclusivement de nourriture sèche.
L'évaporation associée à la nécessité d'une thermorégulation peut provoquer un gaspillage ressources en eau organisme. Dans les déserts, seuls les gros animaux peuvent résister à la surchauffe par évaporation de l'eau. La charge thermique totale est proportionnelle à la surface relative et est donc particulièrement bonne pour les petits moules. Pour un animal pesant 100 g, la consommation d'eau par heure serait d'environ 15 % du poids corporel, et pour un animal pesant 10 g, environ 30 %, c'est-à-dire qu'en quelques heures toute l'eau du corps serait consommée. Par conséquent, les petits animaux homoiothermaux dans les climats secs et chauds évitent l'exposition à la chaleur et économisent l'humidité en se cachant sous terre.
Chez les poïkilothermes, une augmentation de la température corporelle suite au réchauffement de l'air permet d'éviter les pertes inutiles d'eau, qui est dépensée dans les homéothermes pour maintenir une température constante.
Les avantages de la fluctuation de la température corporelle sont également utilisés par les animaux avec une bonne régulation de la température, spécialisés pour la vie dans le désert. Par exemple, les chameaux sont capables de désactiver l'évaporation thermorégulatrice pendant un certain temps. En été, la température corporelle du chameau fluctue au cours de la journée entre 5 et 6 °C. Le matin il fait + 34 ... + 35 ° С. Avec l'apparition de la chaleur du jour, la chaleur venant de l'extérieur va chauffer le corps jusqu'à + 40,7°C, presque à la limite d'endurance. Dans ce cas, un animal pesant 500 kg accumule environ 10 500 kJ, ce qui nécessiterait 5 litres d'eau pour se dissiper. La chaleur accumulée est évacuée du corps la nuit par rayonnement direct, lorsque l'air devient plus froid que le corps.
Les animaux poïkilothermes, cependant, ne peuvent éviter la perte d'eau par évaporation. Même chez les reptiles, avec leur épiderme kératinisé, la perte d'eau par la peau est importante. Chez les petits lézards, ils peuvent atteindre 20% ou plus du poids corporel par jour. Par conséquent, pour les animaux poïkilothermes, le principal moyen de maintenir l'équilibre hydrique pendant la vie dans le désert est d'éviter les charges thermiques inutiles.
Subdivisé dans les groupes écologiques suivants :
- hydrophytes - plantes vivant dans l'eau;
- hygrophytes - plantes poussant dans des conditions d'humidité élevée;
- mésophytes - plantes vivant dans des conditions d'humidité normales;
- Les xérophytes sont des plantes qui vivent dans des conditions d'humidité insuffisante.
Un exemple de xérophytes est le saxaul, l'épine de chameau, le juzgun. Les xérophytes ont développé des adaptations à la vie dans des conditions d'humidité insuffisante. Leurs cellules ont une sorte de cytoplasme, des feuilles dures et fines, se transformant parfois en épines. Les racines de l'épine de saule et du saxaul sont très longues et atteignent les eaux souterraines. De nombreuses plantes réduisent l'évaporation de l'eau en perdant leurs feuilles en été. Certaines plantes agricoles, comme le jugara et le mil, tolèrent bien le manque d'eau.
Les animaux vivant dans les déserts et les steppes ont développé des mécanismes d'adaptation aux conditions sèches. Ils peuvent se déplacer rapidement sur de longues distances et se rendre aux points d'eau.
Les rongeurs, reptiles, insectes et autres petits animaux du désert maintiennent l'équilibre hydrique grâce à l'eau qui se forme dans leur corps à la suite de réactions oxydatives. Surtout beaucoup d'eau se forme lors de l'oxydation des graisses (100 g de graisse pendant l'oxydation forment 100 g d'eau). C'est pourquoi la couche graisseuse dans le corps des animaux du désert atteint une épaisseur considérable (bosse de chameau).
La faible perméabilité des enveloppes extérieures de nombreux animaux du désert empêche l'évaporation de l'eau à travers la peau. La plupart d'entre eux sont nocturnes et pendant la journée, ils se cachent dans des terriers.
Les plantes et les animaux ont les mécanismes d'adaptation suivants au manque d'eau.
- La présence de facteurs qui réduisent l'évaporation de l'eau :
- transformer les feuilles en épines (conifères);
- la présence d'une cuticule épaisse (insectes, xérophytes) ;
- flétrissement des feuilles (plantes alpines);
- feuilles tombantes en période de sécheresse;
- ouverture des vantaux la nuit et fermeture le jour ;
- transpiration et réduction de la transpiration (plantes steppiques et désertiques, chameau) ;
- abri d'animaux dans des terriers (petits mammifères du désert, par exemple, un rat du désert);
- fermer les voies respiratoires avec des valves (beaucoup d'insectes).
- Renforcement de l'absorption d'eau :
- la présence d'une large surface du système racinaire;
- longue longueur de racine et pénétration en profondeur;
- revêtement par les animaux des chemins menant aux eaux souterraines (termites).
- Réserve d'eau:
- dans les cellules muqueuses et dans les parois cellulaires ; Matériel du site
- dans une vessie spéciale (crapaud du désert);
- sous forme de graisse (rat du désert, chameau).
- Résistance physiologique à la perte d'eau :
- maintien de l'activité vitale avec une grande perte d'eau (fougères, lessives, bryophytes, lichens) ;
- reprise rapide du poids corporel en présence d'eau, même après sa diminution significative (ver de terre, chameau) ;
- conservation dans des conditions défavorables sous forme de graines, tubercules, bulbes;
- hibernation estivale en cocon (ver de terre, poisson poumon).
- Migration des endroits secs vers les endroits où il y a de l'eau (nombreux animaux des steppes et des déserts).
L'un des résultats, mais n'étant pas une force motrice naturelle du processus, peut être appelé le développement dans tous les organismes vivants - adaptations de l'habitat... Charles Darwin a souligné que toutes les adaptations, aussi parfaites soient-elles, sont de nature relative. La sélection naturelle forme l'adaptation à des conditions d'existence spécifiques (à un moment donné et dans un lieu donné), et non à toutes les conditions environnementales possibles. La variété des adaptations spécifiques peut être divisée en plusieurs groupes, qui sont des formes d'adaptabilité des organismes à l'environnement.
Certaines formes de fitness chez les animaux :
Coloration protectrice et forme du corps (déguisement)... Par exemple : sauterelle, chouette blanche, plie, poulpe, phasme.
Coloration d'avertissement... Par exemple : guêpes, bourdons, coccinelles, serpents à sonnettes.
Comportement intimidant... Par exemple : scarabée bombardier, mouffette ou puant américain.
Mimétisme(similarité externe d'animaux non protégés avec des animaux protégés). Par exemple : un syrphe ressemble à une abeille, des serpents tropicaux inoffensifs ressemblent à Serpent venimeux.
Quelques formes de fitness chez les plantes :
Adaptations pour une sécheresse accrue... Par exemple : pubescence, accumulation d'humidité dans la tige (cactus, baobab), transformation des feuilles en aiguilles.
Adaptations à l'humidité... Par exemple : grande surface foliaire, nombreux stomates, taux d'évaporation accru.
Adaptabilité à la pollinisation par les insectes... Par exemple : couleur vive et attrayante d'une fleur, présence de nectar, odeur, forme de la fleur.
Adaptations à la pollinisation éolienne... Par exemple : suppression des étamines avec des anthères bien au-delà de la fleur, pollen petit et léger, le pistil est très pubescent, les pétales et sépales ne sont pas développés, ne gênent pas le soufflage des autres parties de la fleur par le vent.
La forme physique des organismes
- l'opportunité relative de la structure et des fonctions du corps, qui est le résultat de la sélection naturelle, éliminant les individus inadaptés dans les conditions d'existence données. Ainsi, la coloration protectrice du lièvre brun en été le rend invisible, mais de façon inattendue la neige qui est tombée coloration condescendante rend un lièvre peu pratique, car il devient clairement visible pour les prédateurs. Les plantes pollinisées par le vent ne sont pas pollinisées par temps de pluie.
Les plantes et les animaux sont étonnamment adaptés aux conditions environnementales dans lesquelles ils vivent. Le concept d'« aptitude de l'espèce » comprend non seulement signes extérieurs, mais aussi la conformité de la structure les organes internes les fonctions qu'ils remplissent (par exemple, le tube digestif long et complexe des ruminants qui se nourrissent d'aliments végétaux). La correspondance des fonctions physiologiques d'un organisme avec les conditions de son habitation, leur complexité et leur diversité est également incluse dans le concept de fitness.
Pour la survie des organismes dans la lutte pour l'existence grande importance a un comportement adaptatif. En plus du comportement de dissimulation ou de démonstration effrayant à l'approche d'un ennemi, il existe de nombreuses autres options de comportement adaptatif qui assurent la survie des adultes ou des juvéniles. Ainsi, de nombreux animaux stockent de la nourriture pour une saison défavorable de l'année. Dans le désert, pour de nombreuses espèces, le moment de la plus grande activité est la nuit lorsque la chaleur s'apaise.
Question 1. Donnez des exemples de l'adaptabilité des organismes aux conditions de vie.
Chez les animaux, adaptatif peut être la forme du corps, la couleur, le comportement. Ainsi, par exemple, les sabots d'un cheval sont les plus pratiques pour un mouvement rapide dans les espaces ouverts, les griffes rétractables du félin permettent un mouvement silencieux, mammifères aquatiques un corps semblable à un poisson a été formé pour le mouvement le plus efficace dans l'eau; chez les oiseaux avec des vitesses et des modes de vol différents, l'une ou l'autre forme d'aile est formée. Parmi les insectes qui ne possèdent pas de moyens de protection actifs, une forme de corps est répandue, imitant des objets d'arrière-plan, par exemple une mante religieuse, un phasme et des chenilles de papillon. Certains organismes sont capables de prendre une couleur correspondant au fond sur lequel ils vivent (caméléon, plie).
Question 2. Pourquoi y a-t-il une couleur brillante qui démasque chez certaines espèces d'animaux ?
Une couleur vive est généralement caractéristique des animaux venimeux et avertit les prédateurs de l'immanquabilité de l'objet de leur attaque, elle est caractéristique des insectes venimeux, piqueurs ou brûlants (abeilles, guêpes, coléoptères vésiculeux, etc.). Coccinelle, très visible, les oiseaux ne picorent jamais à cause de la sécrétion toxique sécrétée par l'insecte. Les chenilles non comestibles ont une couleur d'avertissement lumineuse, beaucoup grenouilles venimeuses, serpents. Cette coloration avertit à l'avance le prédateur de la futilité et du danger d'attaque. Par essais et erreurs, les prédateurs apprennent rapidement à éviter d'attaquer les proies avec une coloration d'avertissement.
Question 3. Quelle est l'essence du phénomène de mimétisme ?
Le mimétisme est la ressemblance d'un être sans défense et comestible avec une ou plusieurs espèces non apparentées, bien protégées et avec une coloration d'avertissement. Le phénomène de mimétisme est courant chez les papillons et autres insectes. De nombreux insectes imitent les insectes piqueurs. Coléoptères connus, mouches, papillons, guêpes copiantes, abeilles, bourdons. Le mimétisme se retrouve également chez les vertébrés - les serpents. Dans tous les cas, la similitude est purement externe et vise à former une certaine impression visuelle chez les ennemis potentiels.
Question 4. De quelle manière la faible abondance de l'espèce imitatrice est-elle maintenue ?
L'imitation de certaines espèces par d'autres est justifiée : une partie beaucoup plus faible des individus de l'espèce qui a servi de modèle et de l'espèce imitante est sujette à extermination. Cependant, il est nécessaire que l'abondance de l'espèce mimique soit significativement inférieure à l'abondance de l'espèce modèle. Sinon, les ennemis ne développeront pas un réflexe négatif stable vers une coloration d'avertissement. L'abondance des espèces mimiques peut être maintenue au niveau requis en raison du fait que le pool génétique de ces espèces est saturé de mutations mortelles. À l'état homozygote, ces mutations provoquent la mort de l'organisme, ce qui fait qu'un pourcentage élevé d'individus n'atteignent pas la maturité sexuelle.
Question 5. L'action de la sélection naturelle s'étend-elle au comportement des animaux ? Donne des exemples.
Pour la survie des organismes dans la lutte pour l'existence, le comportement adaptatif est d'une grande importance. L'efficacité de la coloration adaptative et de la forme du corps augmente considérablement lorsqu'elle est combinée avec le comportement. Par exemple, la capacité des félins à rester longtemps en embuscade et à effectuer des sauts ultra-rapides garantit le succès d'une chasse aux prédateurs en embuscade. La capacité d'un loup à venir du côté sous le vent et à chasser en meute sont des qualités utiles pour ce chasseur. Sans aucun doute, le stockage de nourriture par certains animaux pour une saison défavorable de l'année est justifié. Par exemple, le campagnol des racines stocke jusqu'à 10 kg de céréales, grains, racines et herbe sèche. Se cacher en cas de danger pour les organismes qui n'ont pas manières actives protection, leur permet de sauver leur vie.
Question 6. Pourquoi le nombre de descendants diminue-t-il chez les espèces d'animaux qui prennent soin de leur progéniture ? Donne des exemples.
Chez les organismes peu organisés, la progéniture est le plus souvent laissée à elle-même. Cela explique une fertilité aussi élevée des invertébrés et des vertébrés inférieurs. Grand nombre progéniture dans des conditions de forte extermination des juvéniles sert de moyen de lutte pour l'existence de l'espèce. Avec des soins développés pour la progéniture, le nombre de descendants survivants et atteignant la maturité sexuelle augmente fortement, ce qui permet de réduire leur nombre initial.
Question 7. Quelle est la nature relative des caractéristiques adaptatives des organismes ? Donnez des exemples de plantes et d'animaux.
La structure des organismes vivants est très finement adaptée aux conditions d'existence. Tout trait ou propriété d'une espèce est de nature adaptative, approprié dans un environnement donné, dans des conditions de vie données, uniquement dans l'environnement habituel de l'espèce. Lorsque les conditions environnementales changent, elles deviennent inutiles voire nocives pour l'organisme. En raison du mimétisme, la plupart des oiseaux ne touchent pas les guêpes et les abeilles, mais parmi eux, il y a des espèces qui mangent des guêpes, des abeilles et leurs imitateurs. Le hérisson et l'oiseau secrétaire mangent des serpents venimeux sans danger. La carapace des tortues terrestres les protège de manière fiable des ennemis, mais les oiseaux de proie les soulèvent dans les airs et les écrasent au sol.
Toute adaptation n'est conseillée que dans l'environnement habituel de l'espèce. Lorsque les conditions environnementales changent, elles s'avèrent inutiles ou nocives pour l'organisme. La croissance constante des incisives des rongeurs est une caractéristique très importante, mais uniquement lorsqu'ils se nourrissent d'aliments solides. Si le rat est maintenu sur des aliments mous, les incisives, sans s'user, atteignent une taille telle que la nutrition devient impossible. Ainsi, toutes les caractéristiques structurelles et comportementales du chat sont appropriées pour un prédateur qui guette une proie en embuscade : coussinets souples sur les doigts, griffes rétractables, capacité de voir dans le noir. En même temps, dans les espaces ouverts, tous ces appareils sont inutiles.
Les systèmes racinaires à racines profondes des plantes du désert ne sont pas bénéfiques dans les habitats humides. La transformation des membres en nageoires chez les mammifères aquatiques est utile pour vivre dans l'eau, mais sur terre, les cétacés sont immobiles et les pinnipèdes se déplacent très maladroitement.
Ainsi, toute structure et toute fonction est une adaptation à des conditions spécifiques. environnement externe, c'est à dire. les adaptations sont relatives. Aucune des fonctionnalités adaptatives n'offre une sécurité absolue à leurs propriétaires.
Après avoir travaillé sur ces sujets, vous devriez être capable de :
- Formulez des définitions avec vos propres mots : évolution, sélection naturelle, lutte pour l'existence, adaptation, rudiment, atavisme, idioadaptation, progrès biologique et régression.
- Décrivez brièvement comment telle ou telle adaptation est préservée par sélection. Quel rôle jouent les gènes dans cela, la variabilité génétique, la fréquence des gènes, la sélection naturelle.
- Expliquez pourquoi la sélection n'aboutit pas à une population d'organismes identiques et parfaitement adaptés.
- Formuler ce qu'est la dérive génétique ; donner un exemple de situation dans laquelle il joue un rôle important et expliquer pourquoi son rôle est particulièrement important dans les petites populations.
- Décrivez les deux façons dont les espèces apparaissent.
- Comparez la sélection naturelle et artificielle.
- Citer brièvement les aromorphoses dans l'évolution des plantes et des vertébrés, l'idioadaptation dans l'évolution des oiseaux et des mammifères, les angiospermes.
- Nom biologique et facteurs sociaux anthropogenèse.
- Comparez l'efficacité de la consommation d'aliments végétaux et animaux.
- Décrivez brièvement les traits de l'homme fossile le plus ancien, le plus ancien, un homme du type moderne.
- Indiquez les caractéristiques du développement et les similitudes des races humaines.
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Biologie générale". Moscou," Éducation ", 2000
- Sujet 14. "Doctrine évolutionniste." §38, §41-43 p. 105-108, p. 115-122
- Sujet 15. "L'adaptabilité des organismes. Spéciation." §44-48 p. 123-131
- Thème 16. "Preuve de l'évolution. Développement monde bio. "§39-40 pp. 109-115, §49-55 pp. 135-160
- Sujet 17. "L'origine de l'homme." §49-59 pages 160-172