Organismi delle acque termali. Vita nell'acqua bollente Batteri che vivono nelle sorgenti termali

La temperatura è il fattore ambientale più importante. La temperatura ha un enorme impatto su molti aspetti della vita degli organismi, sulla loro geografia di distribuzione, sulla riproduzione e su altre proprietà biologiche degli organismi, che dipendono principalmente dalla temperatura. Gamma, cioè I limiti di temperatura in cui può esistere la vita vanno da circa -200°C a +100°C, e talvolta è stata riscontrata la presenza di batteri nelle sorgenti termali a temperature di 250°C. In realtà, la maggior parte degli organismi può sopravvivere in un intervallo di temperature ancora più ristretto.

Alcuni tipi di microrganismi, principalmente batteri e alghe, sono in grado di vivere e riprodursi nelle sorgenti termali a temperature prossime al punto di ebollizione. Il limite massimo della temperatura per i batteri delle sorgenti termali è di circa 90°C. La variabilità della temperatura è molto importante dal punto di vista ambientale.

Qualsiasi specie è in grado di vivere solo entro un certo intervallo di temperature, le cosiddette temperature massime e minime letali. Al di là di queste temperature estreme critiche, freddo o caldo, si verifica la morte dell'organismo. Da qualche parte tra loro c'è una temperatura ottimale alla quale è attiva l'attività vitale di tutti gli organismi, la materia vivente nel suo insieme.

In base alla tolleranza degli organismi alle condizioni di temperatura, si dividono in euritermici e stenotermici, cioè in grado di tollerare fluttuazioni di temperatura entro limiti ampi o ristretti. Ad esempio, possono vivere licheni e molti batteri temperature diverse, o orchidee e altre piante amanti del calore zone tropicali- sono stenotermici.

Alcuni animali sono in grado di mantenere una temperatura corporea costante, indipendentemente dalla temperatura ambiente. Tali organismi sono chiamati omeotermici. In altri animali, la temperatura corporea varia a seconda della temperatura ambiente. Si chiamano poichilotermici. A seconda del metodo di adattamento degli organismi alle condizioni di temperatura, sono divisi in due gruppi ambientalisti: le criofille sono organismi adattati al freddo e alle basse temperature; termofili - o amanti del calore.

La regola di Allen- una regola ecogeografica stabilita da D. Allen nel 1877. Secondo questa regola, tra le forme correlate di animali omeotermici (a sangue caldo) che conducono uno stile di vita simile, quelli che vivono in climi più freddi hanno parti del corpo sporgenti relativamente più piccole: orecchie, gambe, code, ecc.

Ridurre le parti sporgenti della scocca porta ad una diminuzione della superficie relativa della scocca e aiuta a risparmiare calore.

Un esempio di questa regola sono i rappresentanti della famiglia Canine di diverse regioni. Le orecchie più piccole (rispetto alla lunghezza del corpo) e il muso meno allungato in questa famiglia si trovano nella volpe artica (area: Artico), mentre le orecchie più grandi e il muso stretto e allungato si trovano nella volpe fennec (area: Sahara).

Questa regola si applica anche alle popolazioni umane: il naso, le braccia e le gambe più corti (rispetto alla dimensione corporea) sono caratteristici dei popoli eschimese-aleutini (Eschimesi, Inuit), e le braccia e le gambe più lunghe sono per i Furs e i Tutsi.

La regola di Bergman- una regola ecogeografica formulata nel 1847 dal biologo tedesco Karl Bergmann. La regola afferma che tra le forme simili di animali omeotermici (a sangue caldo), i più grandi sono quelli che vivono nei climi più freddi - in alte latitudini o in montagna. Se ci sono specie strettamente imparentate (ad esempio, specie dello stesso genere) che non differiscono in modo significativo nei loro modelli di alimentazione e stile di vita, allora specie più grandi si trovano anche in climi più rigidi (freddi).

La regola si basa sul presupposto che la produzione totale di calore nelle specie endotermiche dipende dal volume del corpo e la velocità di trasferimento del calore dipende dalla sua superficie. All’aumentare delle dimensioni degli organismi, il volume del corpo cresce più velocemente della sua superficie. Questa regola è stata testata sperimentalmente per la prima volta su cani di diverse dimensioni. Si è scoperto che la produzione di calore nei cani di piccola taglia è maggiore per unità di massa, ma indipendentemente dalla taglia rimane quasi costante per unità di superficie.

In effetti, la regola di Bergmann è spesso soddisfatta sia all'interno della stessa specie che tra specie strettamente imparentate. Ad esempio, la forma della tigre dell'Amur dell'Estremo Oriente è più grande della forma di Sumatra dell'Indonesia. Le sottospecie di lupo del nord sono in media più grandi di quelle del sud. Tra le specie strettamente imparentate del genere degli orsi, le più grandi vivono alle latitudini settentrionali ( orso polare, orsi bruni da circa. Kodiak) e le specie più piccole (ad esempio, orso dagli occhiali) - in zone con clima caldo.

Allo stesso tempo, questa regola è stata spesso criticata; è stato notato che non può avere generale, poiché la dimensione dei mammiferi e degli uccelli è influenzata da molti altri fattori oltre alla temperatura. Inoltre, gli adattamenti ai climi rigidi a livello di popolazione e di specie spesso si verificano non attraverso cambiamenti nelle dimensioni corporee, ma attraverso cambiamenti nelle dimensioni degli organi interni (aumento delle dimensioni del cuore e dei polmoni) o attraverso adattamenti biochimici. Tenendo conto di questa critica, è necessario sottolineare che la regola di Bergman è di natura statistica e manifesta chiaramente il suo effetto, a parità di altre condizioni.

In effetti, ci sono molte eccezioni a questa regola. Pertanto, la razza più piccola di mammut lanoso è conosciuta dall'isola polare di Wrangel; molte sottospecie di lupi delle foreste sono più grandi dei lupi della tundra (ad esempio, le sottospecie estinte della penisola di Kenai; si presume che le loro grandi dimensioni potrebbero dare a questi lupi un vantaggio nella caccia ai grandi alci che abitano la penisola). La sottospecie di leopardo dell'Estremo Oriente che vive sull'Amur è significativamente più piccola di quella africana. Negli esempi forniti, le forme confrontate differiscono nello stile di vita (popolazioni insulari e continentali; sottospecie della tundra, che si nutrono di prede più piccole, e sottospecie della foresta, che si nutrono di prede più grandi).

In relazione agli esseri umani, la regola è applicabile in una certa misura (ad esempio, le tribù pigmee apparentemente sono apparse ripetutamente e indipendentemente in diverse aree con un clima tropicale); tuttavia, le differenze nelle diete e nei costumi locali, nella migrazione e nella deriva genetica tra le popolazioni pongono limiti all'applicabilità di questa regola.

Regola di Glogerè che tra le forme affini (razze diverse o sottospecie della stessa specie, specie affini) di animali omeotermici (a sangue caldo), quelli che vivono in climi caldi e umidi hanno colori più brillanti di quelli che vivono in climi freddi e secchi. Fondato nel 1833 da Konstantin Gloger (Gloger C. W. L.; 1803-1863), un ornitologo polacco e tedesco.

Ad esempio, la maggior parte delle specie di uccelli del deserto hanno un colore più opaco rispetto ai loro parenti delle foreste subtropicali e tropicali. La regola di Gloger può essere spiegata sia da considerazioni di mimetizzazione sia dall'influenza delle condizioni climatiche sulla sintesi dei pigmenti. In una certa misura, la regola di Gloger si applica anche agli animali ipocilotermi (a sangue freddo), in particolare agli insetti.

L'umidità come fattore ambientale

Inizialmente tutti gli organismi erano acquatici. Avendo conquistato la terra, non persero la dipendenza dall'acqua. L’acqua è parte integrante di tutti gli organismi viventi. L'umidità è la quantità di vapore acqueo presente nell'aria. Senza umidità o acqua non c’è vita.

L'umidità è un parametro che caratterizza il contenuto di vapore acqueo nell'aria. Umidità assoluta- questa è la quantità di vapore acqueo nell'aria e dipende dalla temperatura e dalla pressione. Questa quantità è chiamata umidità relativa (cioè il rapporto tra la quantità di vapore acqueo nell'aria e la quantità di vapore saturo in determinate condizioni di temperatura e pressione).

In natura esiste un ritmo quotidiano di umidità. L'umidità fluttua verticalmente e orizzontalmente. Questo fattore, insieme alla luce e alla temperatura, gioca un ruolo importante nella regolazione dell'attività degli organismi e della loro distribuzione. L'umidità modifica anche l'effetto della temperatura.

Un importante fattore ambientale è l'essiccazione all'aria. Soprattutto per gli organismi terrestri l'effetto essiccante dell'aria è di grande importanza. Gli animali si adattano spostandosi in luoghi protetti e conducendo uno stile di vita attivo durante la notte.

Le piante assorbono l'acqua dal terreno e quasi tutta (97-99%) evapora attraverso le foglie. Questo processo è chiamato traspirazione. L'evaporazione raffredda le foglie. Grazie all'evaporazione, gli ioni vengono trasportati attraverso il terreno fino alle radici, gli ioni vengono trasportati tra le cellule, ecc.

Una certa quantità di umidità è assolutamente necessaria per gli organismi terrestri. Molti di essi richiedono un'umidità relativa del 100% per il normale funzionamento e viceversa un organismo in condizioni normali non può vivere per molto tempo in aria assolutamente secca, perché perde costantemente acqua. L’acqua è una parte essenziale della materia vivente. Pertanto, la perdita di acqua in una certa quantità porta alla morte.

Le piante nei climi secchi si adattano attraverso cambiamenti morfologici e riduzione degli organi vegetativi, in particolare delle foglie.

Anche gli animali terrestri si adattano. Molti di loro bevono acqua, altri la assorbono attraverso il corpo sotto forma di liquido o vapore. Ad esempio, la maggior parte degli anfibi, alcuni insetti e acari. La maggior parte degli animali del deserto non bevono mai; soddisfano i loro bisogni con l'acqua fornita con il cibo. Altri animali ottengono l'acqua attraverso l'ossidazione dei grassi.

L'acqua è assolutamente necessaria per gli organismi viventi. Pertanto, gli organismi si diffondono nel loro habitat a seconda delle loro esigenze: gli organismi acquatici vivono costantemente nell'acqua; le idrofite possono vivere solo in ambienti molto umidi.

Dal punto di vista della valenza ecologica, al gruppo degli stenogyr appartengono le idrofite e le igrofite. L'umidità influisce notevolmente sulle funzioni vitali degli organismi, ad esempio un'umidità relativa del 70% era molto favorevole per la maturazione del campo e la fertilità delle femmine di locuste migratrici. Se propagati con successo, causano enormi danni economici ai raccolti in molti paesi.

Per la valutazione ecologica della distribuzione degli organismi viene utilizzato l'indicatore dell'aridità climatica. La secchezza funge da fattore selettivo per la classificazione ecologica degli organismi.

Quindi, a seconda delle caratteristiche di umidità clima locale i tipi di organismi sono distribuiti in gruppi ecologici:

1. Le idatofite sono piante acquatiche.

2. Le idrofite sono piante acquatiche terrestri.

3. Igrofite: piante terrestri che vivono in condizioni di elevata umidità.

4. Le mesofite sono piante che crescono con un'umidità media

5. Le xerofite sono piante che crescono con umidità insufficiente. A loro volta si dividono in: piante grasse - piante succulente (cactus); le sclerofite sono piante con foglie strette e piccole e arrotolate in tubi. Si dividono inoltre in euxerofite e stipaxerofite. Le euxerofite sono piante della steppa. Gli stipaxerofiti sono un gruppo di erbe erbose a foglie strette (erba piuma, festuca, tonkonogo, ecc.). A loro volta, i mesofiti si dividono anche in mesoigrofiti, mesoxerofiti, ecc.

Anche se di importanza inferiore alla temperatura, l’umidità resta comunque uno dei principali fattori ambientali. Per gran parte della storia della natura vivente, il mondo organico è stato rappresentato esclusivamente da organismi acquatici. Parte integrante della stragrande maggioranza degli esseri viventi è l’acqua, e quasi tutti necessitano di un ambiente acquatico per riprodursi o fondere i gameti. Gli animali terrestri sono costretti a creare artificiali ambiente acquatico per la fecondazione, e questo porta quest’ultima a divenire interna.

L'umidità è la quantità di vapore acqueo presente nell'aria. Può essere espresso in grammi per metro cubo.

La luce come fattore ambientale. Il ruolo della luce nella vita degli organismi

La luce è una delle forme di energia. Secondo la prima legge della termodinamica, o legge di conservazione dell’energia, l’energia può cambiare da una forma all’altra. Secondo questa legge, gli organismi sono un sistema termodinamico che scambia costantemente energia e materia con l'ambiente. Gli organismi sulla superficie della Terra sono esposti a un flusso di energia, principalmente energia solare, nonché alla radiazione termica a onde lunghe proveniente dai corpi cosmici.

Entrambi questi fattori determinano condizioni climatiche ambiente (temperatura, velocità di evaporazione dell'acqua, movimento dell'aria e dell'acqua). La luce solare con un'energia di 2 cal cade sulla biosfera dallo spazio. di 1 cm 2 in 1 min. Questa è la cosiddetta costante solare. Questa luce, attraversando l’atmosfera, è indebolita e non più del 67% della sua energia può raggiungere la superficie terrestre in un mezzogiorno sereno, cioè durante la notte. 1,34 cal. per cm 2 in 1 min. Passando attraverso la copertura nuvolosa, l'acqua e la vegetazione, la luce solare viene ulteriormente indebolita e la distribuzione dell'energia in essa contenuta nelle diverse parti dello spettro cambia in modo significativo.

Il grado di attenuazione della luce solare e della radiazione cosmica dipende dalla lunghezza d'onda (frequenza) della luce. La radiazione ultravioletta con una lunghezza d'onda inferiore a 0,3 micron quasi non passa attraverso lo strato di ozono (ad un'altitudine di circa 25 km). Tali radiazioni sono pericolose per un organismo vivente, in particolare per il protoplasma.

Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia; tutte le piante, ad eccezione dei batteri, effettuano la fotosintesi, cioè sintetizzare sostanze organiche da sostanze inorganiche (cioè da acqua, sali minerali e CO- Nella natura vivente, la luce è l'unica fonte di energia, tutte le piante tranne i batteri 2 - utilizzano l'energia radiante nel processo di assimilazione). Tutti gli organismi dipendono per la nutrizione da organismi fotosintetici terrestri, cioè piante contenenti clorofilla.

La luce come fattore ambientale è divisa in ultravioletto con una lunghezza d'onda di 0,40 - 0,75 micron e infrarosso con una lunghezza d'onda maggiore di queste magnitudini.

L'azione di questi fattori dipende dalle proprietà degli organismi. Ogni tipo di organismo è adattato a una particolare lunghezza d'onda della luce. Alcuni tipi di organismi si sono adattati alle radiazioni ultraviolette, mentre altri si sono adattati alle radiazioni infrarosse.

Alcuni organismi sono in grado di distinguere tra lunghezze d'onda. Hanno speciali sistemi di percezione della luce e visione dei colori, che sono di grande importanza nella loro vita. Molti insetti sono sensibili alle radiazioni a onde corte, che gli esseri umani non possono percepire. Le falene percepiscono bene i raggi ultravioletti. Le api e gli uccelli determinano accuratamente la loro posizione e navigare sul terreno anche di notte.

Gli organismi reagiscono fortemente anche all'intensità della luce. In base a queste caratteristiche le piante si dividono in tre gruppi ecologici:

1. Amanti della luce, amanti del sole o eliofiti - che sono in grado di svilupparsi normalmente solo sotto i raggi del sole.

2. Le piante che amano l'ombra, o sciofite, sono piante dei livelli inferiori delle foreste e piante di acque profonde, ad esempio i mughetti e altre.

Al diminuire dell’intensità della luce, anche la fotosintesi rallenta. Tutti gli organismi viventi hanno una soglia di sensibilità all’intensità della luce, così come ad altri fattori ambientali. Diversi organismi hanno una soglia di sensibilità diversa ai fattori ambientali. Ad esempio, la luce intensa inibisce lo sviluppo delle mosche della Drosophila, provocandone addirittura la morte. Gli scarafaggi e altri insetti non amano la luce. Nella maggior parte delle piante fotosintetiche, a bassa intensità luminosa, la sintesi proteica è inibita e negli animali i processi di biosintesi sono inibiti.

3. Eliofite tolleranti all'ombra o facoltative. Piante che crescono bene sia all'ombra che alla luce. Negli animali, queste proprietà degli organismi sono chiamate amanti della luce (fotofili), amanti dell'ombra (fotofobi), eurifobici - stenofobici.

Valenza ambientale

il grado di adattabilità di un organismo vivente ai cambiamenti delle condizioni ambientali. E.v. rappresenta una proprietà della specie. È espresso quantitativamente dalla gamma di cambiamenti ambientali all'interno dei quali questo tipo mantiene il normale funzionamento. E.v. può essere considerato sia in relazione alla reazione di una specie ai singoli fattori ambientali, sia in relazione a un complesso di fattori.

Nel primo caso, le specie che tollerano ampi cambiamenti nell'intensità del fattore d'influenza sono designate con un termine costituito dal nome di questo fattore con il prefisso “eury” (euritermico - in relazione all'influenza della temperatura, eurialino - in relazione alla salinità, euribatere - in relazione alla profondità, ecc.); le specie adattate solo a piccoli cambiamenti di questo fattore sono designate con un termine simile con il prefisso “steno” (stenotermico, stenoalino, ecc.). Specie con ampio E. v. in relazione ad un complesso di fattori, sono chiamati euribionti (Vedi Euribionti) in contrasto con gli stenobionti (Vedi Stenobionti), che hanno una bassa adattabilità. Poiché l'eurybionticità consente di popolare una varietà di habitat e la stenobionticità restringe drasticamente la gamma di habitat adatti alla specie, questi due gruppi sono spesso chiamati rispettivamente eury- o stenotopici.

Euribionti, organismi animali e vegetali in grado di esistere in presenza di cambiamenti significativi delle condizioni ambientali. Ad esempio, gli abitanti della zona costiera marina sopportano un regolare essiccamento durante la bassa marea, un forte riscaldamento in estate, un raffreddamento e talvolta il gelo in inverno (animali euritermi); Gli abitanti degli estuari dei fiumi resistono. fluttuazioni della salinità dell'acqua (animali eurialini); esistono numerosi animali in un ampio intervallo di pressione idrostatica (eurybates). Molti abitanti terrestri delle latitudini temperate sono in grado di resistere a grandi dimensioni variazioni stagionali temperatura.

L'euribiontismo della specie è accresciuto dalla capacità di tollerare condizioni sfavorevoli in stato di anabiosi (numerosi batteri, spore e semi di numerose piante, piante perenni adulte di latitudini fredde e temperate, germogli svernanti di spugne d'acqua dolce e di briozoi, uova di branchiali crostacei, tardigradi adulti e alcuni rotiferi, ecc.) o ibernazione (alcuni mammiferi).

REGOLA DI CHETVERIKOV, Di regola, secondo Krom, in natura tutti i tipi di organismi viventi sono rappresentati non da singoli individui isolati, ma sotto forma di aggregati di numeri (a volte molto grandi) di individui-popolazioni. Allevato da S. S. Chetverikov (1903).

Visualizzazione- si tratta di un insieme storicamente stabilito di popolazioni di individui, simili nelle proprietà morfofisiologiche, capaci di incrociarsi liberamente tra loro e produrre prole fertile, occupando una determinata area. Ogni specie di organismi viventi può essere descritta da un insieme di caratteristiche e proprietà, chiamate caratteristiche della specie. Le caratteristiche di una specie in base alle quali una specie può essere distinta da un'altra sono chiamate criteri di specie.

I più comunemente usati sono sette criteri generali del modulo:

1. Tipologia specifica di organizzazione: aggregata tratti caratteristici, permettendo di distinguere gli individui di una data specie dagli individui di un'altra.

2. Certezza geografica: l'esistenza di individui di una specie in un luogo specifico globo; gamma - l'area in cui vivono gli individui di una determinata specie.

3. Certezza ecologica: gli individui di una specie vivono in uno specifico intervallo di valori di fattori fisici ambientali, come temperatura, umidità, pressione, ecc.

4. Differenziazione: una specie è costituita da gruppi più piccoli di individui.

5. Discretezza: gli individui di una determinata specie sono separati dagli individui di un'altra da un divario: lo iato è determinato dall'azione di meccanismi isolanti, come discrepanze nei tempi di riproduzione, l'uso di reazioni comportamentali specifiche, la sterilità degli ibridi. , ecc.

6. Riproducibilità: la riproduzione degli individui può essere effettuata asessualmente (il grado di variabilità è basso) e sessualmente (il grado di variabilità è elevato, poiché ogni organismo combina le caratteristiche del padre e della madre).

7. Un certo livello di numeri: i numeri subiscono cambiamenti periodici (onde di vita) e non periodici.

Gli individui di qualsiasi specie sono distribuiti in modo estremamente irregolare nello spazio. Ad esempio, l'ortica, nel suo areale, si trova solo in luoghi umidi, ombreggiati con terreno fertile, formando boschetti nelle pianure alluvionali di fiumi, ruscelli, intorno ai laghi, lungo i bordi delle paludi, nelle foreste miste e nei boschetti di arbusti. Colonie di talpa europea, ben visibili sui cumuli di terra, si trovano ai margini delle foreste, nei prati e nei campi. Adatto alla vita
Sebbene gli habitat si trovino spesso all'interno dell'areale, non coprono l'intero areale e quindi gli individui di questa specie non si trovano in altre aree dell'areale. Non ha senso cercare l'ortica in una pineta o una talpa in una palude.

Pertanto, la distribuzione ineguale di una specie nello spazio si esprime sotto forma di “isole di densità”, “condensazioni”. Aree con una distribuzione relativamente elevata di questa specie si alternano ad aree con scarsa abbondanza. Tali “centri di densità” della popolazione di ciascuna specie sono chiamati popolazioni. Una popolazione è un insieme di individui di una determinata specie, che abitano un certo spazio (parte del suo areale) per un lungo periodo (un gran numero di generazioni) e isolati da altre popolazioni simili.

Il libero attraversamento (panmixia) avviene praticamente all'interno della popolazione. In altre parole, una popolazione è un gruppo di individui che si riuniscono liberamente, vivendo per lungo tempo in un determinato territorio e relativamente isolati da altri gruppi simili. Una specie, quindi, è un insieme di popolazioni, e una popolazione è un'unità strutturale di una specie.

Differenza tra una popolazione e una specie:

1) individui di popolazioni diverse si incrociano liberamente tra loro,

2) gli individui di popolazioni diverse differiscono poco l'uno dall'altro,

3) non c'è divario tra due popolazioni vicine, cioè c'è una transizione graduale tra di loro.

Il processo di speciazione. Supponiamo che una data specie occupi un certo habitat determinato dal suo modello di alimentazione. A causa della divergenza tra gli individui, la gamma aumenta. Il nuovo habitat conterrà aree con varie piante foraggere, proprietà fisiche e chimiche ecc. Gli individui che si trovano in parti diverse dell'areale formano popolazioni. In futuro, a causa delle differenze sempre crescenti tra gli individui delle popolazioni, diventerà sempre più chiaro che gli individui di una popolazione differiscono in qualche modo dagli individui di un’altra popolazione. È in atto un processo di divergenza demografica. Le mutazioni si accumulano in ciascuno di essi.

I rappresentanti di qualsiasi specie nella parte locale dell'areale formano una popolazione locale. L'insieme delle popolazioni locali associate ad aree dell'habitat omogenee in termini di condizioni di vita costituisce una popolazione ecologica. Quindi, se una specie vive in un prato e in una foresta, allora parla delle sue popolazioni di gomma e prato. Popolazioni all'interno dell'intervallo di una specie associate a specifiche confini geografici, sono chiamate popolazioni geografiche.
Le dimensioni e i confini della popolazione possono cambiare radicalmente. Durante le epidemie di riproduzione di massa, la specie si diffonde molto ampiamente e sorgono popolazioni giganti.

Un insieme di popolazioni geografiche con caratteristiche stabili, la capacità di incrociarsi e produrre prole fertile è chiamato sottospecie. Darwin diceva che la formazione di nuove specie avviene attraverso varietà (sottospecie).

Bisogna però ricordare che in natura spesso manca qualche elemento.
Le mutazioni che si verificano negli individui di ciascuna sottospecie non possono da sole portare alla formazione di nuove specie. La ragione sta nel fatto che questa mutazione vagherà per tutta la popolazione, poiché gli individui della sottospecie, come sappiamo, non sono riproduttivamente isolati. Se una mutazione è benefica, aumenta l’eterozigosità della popolazione, se è dannosa, verrà semplicemente respinta dalla selezione.

Come risultato del processo di mutazione costante e del libero incrocio, le mutazioni si accumulano nelle popolazioni. Secondo la teoria di I. I. Shmalhausen, viene creata una riserva di variabilità ereditaria, cioè la stragrande maggioranza delle mutazioni che si presentano sono recessive e non si manifestano fenotipicamente. Una volta raggiunta un'elevata concentrazione di mutazioni nello stato eterozigote, diventa possibile l'incrocio di individui portatori di geni recessivi. In questo caso compaiono individui omozigoti in cui le mutazioni si manifestano già fenotipicamente. In questi casi le mutazioni sono già sotto il controllo della selezione naturale.
Ma questo non è ancora decisivo per il processo di speciazione, perché le popolazioni naturali sono aperte e in esse vengono costantemente introdotti geni estranei provenienti da popolazioni vicine.

Esiste un flusso genico sufficiente a mantenere un'elevata somiglianza dei pool genetici (la totalità di tutti i genotipi) di tutte le popolazioni locali. Si stima che la ricostituzione del pool genetico dovuta a geni estranei in una popolazione composta da 200 individui, ciascuno dei quali ha 100.000 loci, sia 100 volte maggiore rispetto a quella dovuta a mutazioni. Di conseguenza, nessuna popolazione può cambiare radicalmente finché è soggetta all’influenza normalizzante del flusso genico. La resistenza di una popolazione ai cambiamenti nella sua composizione genetica sotto l’influenza della selezione è chiamata omeostasi genetica.

A causa dell'omeostasi genetica di una popolazione, la formazione di una nuova specie è molto difficile. Deve essere soddisfatta un'altra condizione! Vale a dire, è necessario isolare il pool genetico della popolazione figlia dal pool genetico materno. L’isolamento può presentarsi in due forme: spaziale e temporale. L'isolamento spaziale si verifica a causa di varie barriere geografiche, come deserti, foreste, fiumi, dune e pianure alluvionali. Molto spesso, l'isolamento spaziale si verifica a causa di una forte riduzione della gamma continua e della sua disintegrazione in tasche o nicchie separate.

Spesso una popolazione si isola a causa della migrazione. In questo caso nasce una popolazione isolata. Tuttavia, poiché il numero di individui in una popolazione isolata è solitamente piccolo, esiste il pericolo di consanguineità, ovvero di degenerazione associata alla consanguineità. La speciazione basata sull'isolamento spaziale è detta geografica.

La forma temporanea di isolamento include cambiamenti nei tempi della riproduzione e cambiamenti nell'intero ciclo di vita. La speciazione basata sull'isolamento temporaneo è detta ecologica.
La cosa decisiva in entrambi i casi è la creazione di un nuovo sistema genetico, incompatibile con il vecchio. L'evoluzione si realizza attraverso la speciazione, motivo per cui si dice che una specie sia un sistema evolutivo elementare. Una popolazione è un’unità evolutiva elementare!

Caratteristiche statistiche e dinamiche delle popolazioni.

Le specie di organismi entrano nella biocenosi non come individui, ma come popolazioni o parti di esse. Una popolazione è una parte di una specie (composta da individui della stessa specie), che occupa uno spazio relativamente omogeneo ed è capace di autoregolarsi e di mantenere un certo numero. Ogni specie all'interno del territorio occupato si divide in popolazioni. Se consideriamo l'impatto dei fattori ambientali su un singolo organismo, a un certo livello del fattore (ad esempio la temperatura), l'individuo studiato sopravviverà o morirà. Il quadro cambia quando si studia l'effetto dello stesso fattore su un gruppo di organismi della stessa specie.

Alcuni individui moriranno o ridurranno la loro attività vitale a una temperatura specifica, altri - a una temperatura più bassa, e altri - a una temperatura più alta. Pertanto, possiamo dare un'altra definizione di popolazione: tutti gli organismi viventi, per sopravvivere e dare la prole, deve, in condizioni dinamiche fattori ambientali esistono sotto forma di gruppi o popolazioni, cioè un insieme di individui conviventi con ereditarietà simile La caratteristica più importante di una popolazione è il territorio totale che occupa. Ma all’interno di una popolazione possono esserci gruppi più o meno isolati per vari motivi.

Pertanto, è difficile dare una definizione esaustiva della popolazione a causa dei confini labili tra i singoli gruppi di individui. Ogni specie è costituita da una o più popolazioni, e una popolazione è quindi la forma di esistenza di una specie, la sua più piccola unità evolutiva. Per popolazioni di varie specie esistono limiti accettabili di riduzione del numero di individui, oltre i quali l'esistenza della popolazione diventa impossibile. Non ci sono dati esatti sui valori critici dei numeri di popolazione in letteratura. I valori indicati sono contraddittori. Resta però indubbio il fatto che quanto più piccoli sono gli individui, tanto più alti sono i valori critici del loro numero. Per i microrganismi si tratta di milioni di individui, per gli insetti - decine e centinaia di migliaia, e per i grandi mammiferi - diverse dozzine.

Il numero non dovrebbe scendere al di sotto dei limiti oltre i quali la probabilità di incontrare partner sessuali diminuisce drasticamente. Il numero critico dipende anche da altri fattori. Ad esempio, alcuni organismi hanno uno stile di vita specifico (colonie, greggi, mandrie). I gruppi all’interno di una popolazione sono relativamente isolati. Potrebbero esserci casi in cui la dimensione della popolazione nel suo complesso è ancora piuttosto ampia e il numero dei singoli gruppi è ridotto al di sotto dei limiti critici.

Ad esempio, una colonia (gruppo) di cormorano peruviano dovrebbe avere una popolazione di almeno 10mila individui e un branco di renne - 300-400 teste. Per comprendere i meccanismi di funzionamento e risolvere i problemi relativi all'utilizzo delle popolazioni, le informazioni sulla loro struttura sono di grande importanza. Ci sono genere, età, territorio e altri tipi di struttura. In termini teorici e applicati, i dati più importanti riguardano la struttura per età, ovvero il rapporto tra individui (spesso combinati in gruppi) di età diverse.

Gli animali sono suddivisi nelle seguenti fasce di età:

Gruppo giovanile (bambini) gruppo senile (gruppo senile, non coinvolto nella riproduzione)

Gruppo di adulti (individui impegnati nella riproduzione).

Tipicamente, le popolazioni normali sono caratterizzate dalla massima vitalità, in cui tutte le età sono rappresentate in modo relativamente uniforme. In una popolazione regressiva (in via di estinzione), predominano gli individui senili, il che indica la presenza di fattori negativi che interrompono le funzioni riproduttive. Sono necessarie misure urgenti per identificare ed eliminare le cause di questa condizione. Le popolazioni invasive sono rappresentate principalmente da individui giovani. La loro vitalità di solito non è motivo di preoccupazione, ma esiste un'alta probabilità di epidemie con un numero eccessivamente elevato di individui, poiché in tali popolazioni non si sono formate connessioni trofiche e di altro tipo.

È particolarmente pericoloso se si tratta di una popolazione di specie precedentemente assenti dall'area. In questo caso, le popolazioni di solito trovano e occupano una nicchia ecologica libera e realizzano il loro potenziale riproduttivo, aumentando intensamente il loro numero. Se la popolazione è in uno stato normale o vicino alla normalità, una persona può rimuoverne il numero di individui (negli animali). ) o biomassa (negli impianti), che aumenta nell'intervallo di tempo tra i prelievi. Innanzitutto vanno allontanati gli individui in età post-produttiva (che hanno completato la riproduzione). Se l'obiettivo è ottenere un determinato prodotto, l'età, il sesso e altre caratteristiche delle popolazioni vengono adattate tenendo conto del compito.

Sfruttamento delle popolazioni comunità vegetali(ad esempio per ottenere legname), solitamente coincide con il periodo di rallentamento della crescita legato all'età (accumulo della produzione). Questo periodo solitamente coincide con il massimo accumulo di massa legnosa per unità di superficie. La popolazione è caratterizzata anche da un certo rapporto tra i sessi, e il rapporto tra maschi e femmine non è pari a 1:1. Sono noti casi di netta predominanza dell'uno o dell'altro sesso, alternanza di generazioni con assenza di maschi. Ogni popolazione può avere anche una struttura spaziale complessa (divisa in gruppi gerarchici più o meno grandi - da geografici a elementari (micropopolazioni).

Pertanto, se il tasso di mortalità non dipende dall’età degli individui, allora la curva di sopravvivenza è una linea decrescente (vedi figura, tipo I). Cioè, la morte degli individui avviene in modo uniforme in questo tipo, il tasso di mortalità rimane costante per tutta la vita. Una tale curva di sopravvivenza è caratteristica delle specie il cui sviluppo avviene senza metamorfosi con sufficiente stabilità della prole nata. Questo tipo è solitamente chiamato tipo idra: è caratterizzato da una curva di sopravvivenza che si avvicina a una linea retta. Nelle specie per le quali il ruolo dei fattori esterni nella mortalità è piccolo, la curva di sopravvivenza è caratterizzata da una leggera diminuzione fino a una certa età, dopo la quale si verifica un forte calo a causa della mortalità naturale (fisiologica).

Tipo II nella foto. La natura della curva di sopravvivenza vicina a questo tipo è caratteristica degli esseri umani (sebbene la curva di sopravvivenza umana sia leggermente più piatta e, quindi, sia qualcosa tra i tipi I e II). Questo tipo è chiamato tipo Drosophila: è ciò che i moscerini della frutta esibiscono in condizioni di laboratorio (non mangiati dai predatori). Molte specie sono caratterizzate da alti tassi di mortalità fasi iniziali ontogenesi. In tali specie la curva di sopravvivenza è caratterizzata da un forte calo nelle età più giovani. Gli individui che sopravvivono all’età “critica” mostrano una bassa mortalità e vivono fino a età più avanzata. Il tipo è chiamato tipo ostrica. Tipo III nella foto. Lo studio delle curve di sopravvivenza è di grande interesse per l'ecologista. Ci permette di giudicare a quale età una particolare specie è più vulnerabile. Se gli effetti di cause che possono modificare la fertilità o la mortalità si verificano nella fase più vulnerabile, la loro influenza sul successivo sviluppo della popolazione sarà maggiore. Questo modello deve essere preso in considerazione quando si organizza la caccia o il controllo dei parassiti.

Strutture per età e sesso delle popolazioni.

Ogni popolazione è caratterizzata da una certa organizzazione. La distribuzione degli individui sul territorio, il rapporto tra gruppi di individui per sesso, età, caratteristiche morfologiche, fisiologiche, comportamentali e genetiche riflettono i corrispondenti struttura della popolazione : spazio, genere, età, ecc. La struttura è formata da un lato sulla base del generale proprietà biologiche specie e, dall'altro, sotto l'influenza di fattori ambientali abiotici e di popolazioni di altre specie.

La struttura della popolazione è quindi di natura adattiva. Diverse popolazioni della stessa specie hanno caratteristiche simili e distintive che caratterizzano le condizioni ambientali specifiche dei loro habitat.

In generale, oltre alle capacità adattative dei singoli individui, in alcuni territori si formano caratteristiche adattative dell'adattamento di gruppo della popolazione come sistema sovraindividuale, il che indica che le caratteristiche adattative della popolazione sono molto più elevate di quelle degli individui componendolo.

Composizione per età- è importante per l'esistenza di una popolazione. La durata media della vita degli organismi e il rapporto tra il numero (o la biomassa) degli individui di età diverse sono caratterizzati dalla struttura per età della popolazione. La formazione della struttura dell'età avviene come risultato dell'azione combinata dei processi di riproduzione e mortalità.

In qualsiasi popolazione si distinguono convenzionalmente 3 gruppi ecologici di età:

Pre-riproduttivo;

riproduttivo;

Post-riproduttivo.

Il gruppo pre-riproduttivo comprende individui che non sono ancora in grado di riprodursi. Riproduttivo: individui capaci di riprodursi. Post-riproduttivo: individui che hanno perso la capacità di riprodursi. La durata di questi periodi varia notevolmente a seconda del tipo di organismo.

In condizioni favorevoli, la popolazione comprende tutte le fasce d’età e mantiene una composizione per età più o meno stabile. Nelle popolazioni in rapida crescita prevalgono gli individui giovani, mentre nelle popolazioni in declino gli individui più anziani non sono più in grado di riprodursi in modo intensivo. Tali popolazioni sono improduttive e non sufficientemente stabili.

Ci sono tipi con struttura semplice per età popolazioni costituite da individui quasi della stessa età.

Ad esempio, tutte le piante annuali di una popolazione sono allo stadio di piantina in primavera, poi fioriscono quasi simultaneamente e producono semi in autunno.

Nella specie con struttura complessa dell’età le popolazioni hanno più generazioni che vivono contemporaneamente.

Ad esempio, gli elefanti hanno una storia di animali giovani, maturi e invecchiati.

Popolazioni comprendenti molte generazioni (diverse fasce d'età) sono più stabili, meno suscettibili all'influenza di fattori che influenzano la riproduzione o la mortalità in un determinato anno. Condizioni estreme può portare alla morte le fasce di età più vulnerabili, ma i più resistenti sopravvivono e danno origine a nuove generazioni.

Ad esempio, una persona è considerata una specie biologica con una struttura di età complessa. La stabilità delle popolazioni della specie è stata dimostrata, ad esempio, durante la Seconda Guerra Mondiale.

Per studiare le strutture per età delle popolazioni, vengono utilizzate tecniche grafiche, ad esempio le piramidi dell'età della popolazione, ampiamente utilizzate negli studi demografici (Fig. 3.9).

Fig.3.9. Piramidi dell'età della popolazione.

A - riproduzione di massa, B - popolazione stabile, C - popolazione in declino

La stabilità delle popolazioni delle specie dipende in gran parte da struttura sessuale , cioè. rapporti tra individui di sesso diverso. I gruppi sessuali all'interno delle popolazioni si formano sulla base delle differenze morfologiche (forma e struttura del corpo) ed ecologiche dei diversi sessi.

Ad esempio, in alcuni insetti, i maschi hanno le ali, ma le femmine no, i maschi di alcuni mammiferi hanno le corna, ma le femmine no, gli uccelli maschi hanno un piumaggio brillante e le femmine sono mimetiche.

Le differenze ecologiche si riflettono nelle preferenze alimentari (le femmine di molte zanzare succhiano il sangue, mentre i maschi si nutrono di nettare).

Il meccanismo genetico garantisce un rapporto approssimativamente uguale tra individui di entrambi i sessi alla nascita. Tuttavia, il rapporto iniziale viene presto interrotto a causa delle differenze fisiologiche, comportamentali e ambientali tra maschi e femmine, causando una mortalità non uniforme.

L'analisi della struttura per età e sesso delle popolazioni consente di prevederne il numero per un certo numero di generazioni e anni futuri. Ciò è importante quando si valutano le possibilità di pescare, sparare agli animali, salvare i raccolti dagli attacchi delle locuste e in altri casi.

Le sorgenti termali, che di solito si trovano in aree vulcaniche, hanno una popolazione vivente abbastanza ricca.

Molto tempo fa, quando i batteri e le altre creature inferiori avevano una comprensione più superficiale, fu stabilita l'esistenza di una flora e di una fauna uniche nei bagni. Ad esempio, nel 1774, Sonnerath riferì la presenza di pesci nelle sorgenti termali dell'Islanda, che avevano una temperatura di 69°. Questa conclusione non è stata successivamente confermata da altri ricercatori in relazione ai bagni islandesi, ma osservazioni simili sono state fatte in altri luoghi. Nell'isola d'Ischia Ehrenberg (1858) notò la presenza di pesci nelle sorgenti con temperature superiori a 55°. Anche Hoppe-Seyler (1875) vide pesci in acqua con una temperatura anch'essa di circa 55°. Anche supponendo che in tutti i casi segnalati la termometria sia stata eseguita in modo impreciso, è comunque possibile trarre una conclusione sulla capacità di alcuni pesci di vivere a temperature sufficientemente elevate. Oltre ai pesci, nelle terme veniva talvolta notata la presenza di rane, vermi e molluschi. Successivamente qui furono scoperti anche animali semplici.

Nel 1908 fu pubblicato il lavoro di Issel, che stabilì più in dettaglio i limiti di temperatura per il mondo animale che vive nelle sorgenti termali.

Insieme al mondo animale, è estremamente facile accertare la presenza di alghe nelle terme, che talvolta formano potenti incrostazioni. Secondo Rodina (1945), lo spessore delle alghe accumulate nelle sorgenti termali raggiunge spesso diversi metri.

Abbiamo parlato abbastanza delle associazioni di alghe termofile e dei fattori che ne determinano la composizione nella sezione “Alghe che vivono ad alte temperature”. Qui ricordiamo solo che tra queste le più resistenti al calore sono le alghe azzurre, che possono svilupparsi fino ad una temperatura di 80-85°. Le alghe verdi tollerano temperature leggermente superiori a 60° e le diatomee smettono di svilupparsi a circa 50°.

Come già accennato, le alghe che si sviluppano nei bagni termali svolgono un ruolo significativo nella formazione di vari tipi di incrostazioni, tra cui figurano composti minerali.

Le alghe termofile hanno una grande influenza sullo sviluppo della popolazione batterica nei bagni termali. Durante la loro vita, attraverso l'esosmosi, rilasciano nell'acqua una certa quantità di composti organici e quando muoiono creano addirittura un substrato abbastanza favorevole per i batteri. Non sorprende quindi che la popolazione batterica delle acque termali sia più riccamente rappresentata nei luoghi in cui si accumulano le alghe.

Passando ai batteri termofili delle sorgenti termali, bisogna sottolineare che nel nostro Paese sono stati studiati da molti microbiologi. Qui dovrebbero essere notati i nomi di Tsiklinskaya (1899), Gubin (1924-1929), Afanasyeva-Kester (1929), Egorova (1936-1940), Volkova (1939), Rodina (1945) e Isachenko (1948).

La maggior parte dei ricercatori che si sono occupati delle sorgenti termali si sono limitati al fatto di instaurare in esse la flora batterica. Solo relativamente pochi microbiologi si soffermarono sugli aspetti fondamentali della vita dei batteri nelle terme.

Nella nostra recensione ci concentreremo solo sugli studi dell'ultimo gruppo.

Batteri termofili sono stati trovati nelle sorgenti termali di numerosi paesi: Unione Sovietica, Francia, Italia, Germania, Slovacchia, Giappone, ecc. Poiché le acque delle sorgenti termali sono spesso povere di sostanza organica, non sorprende che a volte contengano quantità molto piccole di batteri saprofiti.

La riproduzione dei batteri che si nutrono autotrofi, tra cui i batteri del ferro e dello zolfo sono abbastanza diffusi nei bagni termali, è determinata principalmente dalla composizione chimica dell'acqua, nonché dalla sua temperatura.

Alcuni batteri termofili isolati dalle acque calde sono stati descritti come nuove specie. Forme simili includono: Bac. termofilo filiformis. studiato da Tsiklinskaya (1899), due bastoncini portatori di spore - Bac. Ludwig e Bac. ilidzensis capsulatus isolato da Karlinsky (1895), Spirochaeta daxensis isolato da Cantacuzene (1910) e Thiospirillum pistiense isolato da Churda (1935).

La temperatura dell'acqua delle sorgenti termali influenza notevolmente la composizione delle specie della popolazione batterica. Nelle acque a temperatura più bassa sono stati rinvenuti cocchi e batteri simili alle spirochete (opere di Rodina, Kantakouzena). Anche in questo caso però la forma predominante sono i bastoncini sporigeni.

Recentemente, l'effetto della temperatura su composizione delle specie La popolazione batterica dei bagni termali è stata mostrata in modo molto colorato nel lavoro di Rodina (1945), che ha studiato le sorgenti termali di Khoja-Obi-Garm in Tagikistan. La temperatura delle singole sorgenti di questo sistema varia da 50 a 86°. Insieme, questi bagni termali danno origine ad un ruscello, sul fondo del quale, in luoghi con temperature non superiori a 68°, si è osservata una rapida crescita di alghe azzurre-verdi. In alcuni punti le alghe formavano spessi strati colori diversi. In riva all'acqua erano presenti depositi di zolfo sulle pareti laterali delle nicchie.

In diverse fonti, nel deflusso, così come nello spessore delle alghe blu-verdi, sono stati posizionati vetri incrostati per tre giorni. Inoltre, il materiale raccolto è stato seminato su terreni nutritivi. Si è scoperto che l'acqua con la temperatura più alta contiene prevalentemente batteri a forma di bastoncino. Le forme cuneiformi, in particolare quelle somiglianti all'Azotobacter, si manifestano a temperature non superiori a 60°. A giudicare da tutti i dati, possiamo dire che l'Azotobacter stesso non cresce oltre i 52° e che le grandi cellule rotonde trovate nelle incrostazioni appartengono ad altri tipi di microbi.

I più resistenti al calore sono alcune forme di batteri che si sviluppano su agar carne-peptone, tiobatteri come Tkiobacillus thioparus e desolforanti. A proposito, vale la pena ricordare che Egorova e Sokolova (1940) trovarono Microspira in acqua che aveva una temperatura di 50-60°.

Nel lavoro di Rodina, i batteri che fissano l'azoto non sono stati rilevati nell'acqua a 50°C. Tuttavia, studiando i suoli, sono stati trovati fissatori anaerobici dell'azoto a 77°C e Azotobacter a 52°C. Ciò ci porta a ritenere che l'acqua sia generalmente un substrato inadatto per i fissatori di azoto.

Uno studio sui batteri nel terreno delle sorgenti termali ha rivelato la stessa dipendenza della composizione del gruppo dalla temperatura lì come nell'acqua. Tuttavia, la micropopolazione del suolo era molto più ricca in termini numerici. I terreni sabbiosi, poveri di composti organici, presentavano una micropopolazione piuttosto scarsa, mentre quelli contenenti materia organica di colore scuro erano abbondantemente popolati da batteri. Pertanto, la connessione tra la composizione del substrato e la natura delle creature microscopiche in esso contenute è stata rivelata in modo estremamente chiaro.

È interessante notare che non è stato possibile rilevarlo né nell'acqua né nei limi della Patria batteri termofili, fibra in decomposizione. Questo momento Siamo propensi a spiegarlo con difficoltà metodologiche, poiché i batteri termofili decompositori della cellulosa sono piuttosto esigenti in termini di nutrienti. Come ha dimostrato Imshenetsky, il loro isolamento richiede substrati nutritivi abbastanza specifici.

Nelle sorgenti termali, oltre ai saprofiti, ci sono autotrofi: batteri dello zolfo e del ferro.

Le più antiche osservazioni sulla possibilità di crescita dei batteri solforati nei bagni termali furono apparentemente fatte da Meyer e Ahrens, nonché da Miyoshi. Miyoshi osservò lo sviluppo di batteri filamentosi di zolfo nelle sorgenti la cui temperatura dell'acqua raggiungeva i 70°. Egorova (1936), che studiò le sorgenti sulfuree di Bragun, notò la presenza di batteri sulfurei anche ad una temperatura dell'acqua di 80°.

Nel capitolo " Caratteristiche generali caratteristiche morfologiche e fisiologiche dei batteri termofili", abbiamo descritto in modo sufficientemente dettagliato le proprietà dei batteri termofili del ferro e dello zolfo. Non è consigliabile ripetere queste informazioni, e qui ci limiteremo a ricordare che i singoli generi e anche le specie di batteri autotrofi completano il loro sviluppo a temperature diverse.

La temperatura massima, quindi, per i solfobatteri si registra intorno agli 80°. Per i batteri del ferro come Streptothrix ochraceae e Spirillum ferrugineum, Miyoshi ha fissato un massimo di 41-45°.

Dufrenois (Dufrencfy, 1921) trovò batteri del ferro molto simili a Siderocapsa su sedimenti in acque calde con temperatura di 50-63°. Secondo le sue osservazioni, la crescita dei batteri filamentosi del ferro si è verificata solo nelle acque fredde.

Volkova (1945) osservò lo sviluppo di batteri del genere Gallionella nelle sorgenti minerali del gruppo Pyatigorsk quando la temperatura dell'acqua non superava i 27-32°. Nei bagni termali con temperature più elevate i batteri del ferro erano completamente assenti.

Confrontando i materiali che abbiamo notato, non possiamo fare a meno di concludere che in alcuni casi non è la temperatura dell'acqua, ma la sua composizione chimica a determinare lo sviluppo di alcuni microrganismi.

I batteri, insieme alle alghe, partecipano attivamente alla formazione di alcuni minerali di biolite e caustobiolite. Il ruolo dei batteri nella precipitazione del calcio è stato studiato più in dettaglio. Questo problema è trattato in dettaglio nella sezione sui processi fisiologici causati dai batteri termofili.

La conclusione di Volkova merita attenzione. Nota che la "barezhina", depositata in uno spesso strato nei ruscelli delle sorgenti delle sorgenti sulfuree di Pyatigorsk, contiene molto zolfo elementare e si basa sul micelio di una muffa del genere Penicillium. Il micelio costituisce lo stroma, che comprende batteri a forma di bastoncello, apparentemente imparentati con i batteri dello zolfo.

Brussoff ritiene che anche i batteri termici partecipino alla formazione dei depositi di acido silicico.

Nei bagni termali sono stati rinvenuti batteri che riducono i solfati. Secondo Afanasyeva-Kester, assomigliano a Microspira aestuarii van Delden e Vibrio thermodesulfuricans Elion. Gubin (1924-1929) espresse alcune riflessioni sul possibile ruolo di questi batteri nella formazione di idrogeno solforato nei bagni termali.

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Le alte temperature sono dannose per quasi tutti gli esseri viventi. Un aumento della temperatura ambientale fino a +50 °C è più che sufficiente per causare depressione e morte di un'ampia varietà di organismi. Non c'è bisogno di parlare di altro alte temperature.

Il limite per la diffusione della vita è considerato la temperatura di +100 °C, alla quale avviene la denaturazione delle proteine, cioè la struttura delle molecole proteiche viene distrutta. Per molto tempo si è creduto che non esistessero in natura creature che potessero tollerare facilmente temperature comprese tra 50 e 100°C. Tuttavia ultime scoperte gli scienziati dicono il contrario.

Innanzitutto sono stati scoperti batteri che si erano adattati alla vita nelle sorgenti termali con temperature dell'acqua fino a +90 ºС. Nel 1983 avvenne un'altra importante scoperta scientifica. Un gruppo di biologi americani ha studiato le fonti di acqua termale satura di metalli situate sul fondo dell'Oceano Pacifico.

I fumatori neri, simili a tronchi di cono, si trovano a una profondità di 2000 m. La loro altezza è di 70 me il loro diametro di base è di 200 m. I fumatori sono stati scoperti per la prima volta vicino alle Isole Galapagos.

Situati a grandi profondità, questi “fumatori neri”, come li chiamano i geologi, assorbono attivamente l’acqua. Qui si riscalda a causa del calore proveniente dalla sostanza calda e profonda della Terra, e assume una temperatura superiore a +200 ° C.

L'acqua delle sorgenti non bolle solo perché è ad alta pressione ed è arricchita di metalli provenienti dalle viscere del pianeta. Una colonna d'acqua si innalza sopra i “fumatori neri”. La pressione che si crea qui, ad una profondità di circa 2000 m (e anche molto maggiore), è di 265 atm. A una pressione così elevata, anche le acque mineralizzate di alcune sorgenti, con temperature fino a +350 ° C, non bollono.

Mescolandosi con l'acqua dell'oceano, l'acqua termale si raffredda in tempi relativamente brevi, ma i batteri scoperti dagli americani a queste profondità cercano di stare lontani dall'acqua raffreddata. Straordinari microrganismi si sono adattati per nutrirsi di minerali in acque riscaldate a +250 °C. Le temperature più basse hanno un effetto deprimente sui microbi. Già nell'acqua con una temperatura di circa +80 ° C, sebbene i batteri rimangano vitali, smettono di moltiplicarsi.

Gli scienziati non sanno esattamente quale sia il segreto della fantastica resistenza di questi minuscoli esseri viventi, che tollerano facilmente il riscaldamento fino al punto di fusione dello stagno.

La forma del corpo dei batteri che popolano i fumatori neri è irregolare. Spesso gli organismi sono dotati di lunghe proiezioni. I batteri assorbono lo zolfo, trasformandolo in materia organica. Pogonophora e vestimentifera formavano con loro una simbiosi per nutrirsi di questa materia organica.

Studi biochimici approfonditi ne hanno rivelato la presenza meccanismo di difesa nelle cellule batteriche. La molecola della sostanza ereditaria del DNA, su cui sono memorizzate le informazioni genetiche, in un certo numero di specie è avvolta in uno strato di proteine ​​che assorbe il calore in eccesso.

Il DNA stesso include un contenuto anormalmente elevato di coppie guanina-citosina. Tutti gli altri esseri viventi sul nostro pianeta hanno un numero molto minore di queste associazioni nel loro DNA. Si scopre che il legame tra guanina e citosina è molto difficile da rompere mediante riscaldamento.

Pertanto, la maggior parte di questi composti serve semplicemente allo scopo di rafforzare la molecola e solo successivamente allo scopo di codificare l'informazione genetica.

Servono gli aminoacidi componenti molecole proteiche in cui sono trattenuti a causa di speciali legami chimici. Se confrontiamo le proteine ​​​​dei batteri delle profondità marine con le proteine ​​di altri organismi viventi simili nei parametri sopra elencati, si scopre che a causa di amminoacidi aggiuntivi, ci sono connessioni aggiuntive nelle proteine ​​​​dei microbi ad alta temperatura.

Ma gli esperti sono sicuri che questo non sia il segreto dei batteri. Il riscaldamento delle cellule a una temperatura compresa tra +100 e 120º C è sufficiente per danneggiare il DNA protetto dai dispositivi chimici elencati. Ciò significa che i batteri devono avere al loro interno altri modi per evitare di distruggere le loro cellule. La proteina che costituisce i microscopici abitanti delle sorgenti termali comprende particelle speciali: aminoacidi di un tipo che non si trova in nessun'altra creatura che vive sulla Terra.

Le molecole proteiche delle cellule batteriche, che hanno speciali componenti protettivi (rafforzanti), hanno una protezione speciale. I lipidi, cioè i grassi e le sostanze simili ai grassi, hanno una struttura insolita. Le loro molecole sono catene unite di atomi. L'analisi chimica dei lipidi dei batteri ad alta temperatura ha mostrato che in questi organismi le catene lipidiche sono intrecciate, il che serve a rafforzare ulteriormente le molecole.

Tuttavia, i dati dell’analisi possono essere interpretati in un altro modo, quindi l’ipotesi delle catene intrecciate rimane non dimostrata. Ma anche se lo prendiamo come un assioma, è impossibile spiegare completamente i meccanismi di adattamento a temperature di circa +200 °C.

Gli esseri viventi più altamente sviluppati non potrebbero raggiungere il successo dei microrganismi, ma gli zoologi conoscono molti invertebrati e persino pesci che si sono adattati alla vita nelle acque termali.

Tra gli invertebrati è necessario citare innanzitutto i vari cavernicoli che popolano i bacini alimentati dalle acque sotterranee, riscaldati dal calore sotterraneo. Nella maggior parte dei casi si tratta di minuscole alghe unicellulari e di tutti i tipi di crostacei.

Un rappresentante dei crostacei isopodi, la termosfera termica appartiene alla famiglia degli sferomatidi. Vive in una sorgente calda a Soccoro (Nuovo Messico, USA). La lunghezza del crostaceo è di soli 0,5-1 cm. Si muove lungo il fondo della sorgente e possiede una coppia di antenne progettate per l'orientamento nello spazio.

I pesci delle caverne, adattati alla vita nelle sorgenti termali, possono tollerare temperature fino a +40 °C. Tra queste creature, le più notevoli sono alcune creature dai denti di carpa che popolano le acque sotterranee del Nord America. Tra le specie di questo grande gruppo spicca il Cyprinodon macularis.

Questo è uno degli animali più rari sulla Terra. Una piccola popolazione di questi minuscoli pesci vive in una sorgente termale profonda solo 50 cm. Questa sorgente si trova all'interno della Devil's Cave nella Death Valley (California), una delle zone più secche e più umide luoghi caldi sul pianeta.

Un parente stretto dei Ciprinodonti, l'occhio cieco, non si è adattato alla vita nelle sorgenti termali, sebbene abiti nelle acque sotterranee delle grotte carsiche della stessa zona geografica all'interno degli Stati Uniti. L'occhio cieco e le sue specie affini sono assegnati alla famiglia degli occhi ciechi, mentre i ciprinodonti sono classificati come una famiglia separata di denti di carpa.

A differenza di altri abitanti delle caverne traslucidi o color crema lattiginosa, compresi altri con i denti di carpa, i ciprinodonti sono dipinti di blu brillante. In passato, questi pesci venivano trovati in diverse fonti e potevano spostarsi liberamente attraverso le acque sotterranee da un bacino all'altro.

Nel 19 ° secolo, i residenti locali osservarono più di una volta come i ciprinodonti si stabilissero in pozzanghere apparse come risultato del riempimento dei solchi di una ruota di carro con acqua sotterranea. A proposito, fino ad oggi non è chiaro come e perché questi bellissimi pesci si siano fatti strada insieme all'umidità sotterranea attraverso uno strato di terreno sciolto.

Tuttavia, questo mistero non è quello principale. Non è chiaro come i pesci possano resistere a temperature dell'acqua fino a +50 °C. Comunque sia, è stato un adattamento strano e inspiegabile che ha aiutato i Cyprinodon a sopravvivere. Queste creature sono apparse in America del Nord più di 1 milione di anni fa. Con l'inizio della glaciazione, tutti gli animali dai denti di carpa si estinsero, ad eccezione di quelli che svilupparono acque sotterranee, comprese quelle termali.

Quasi tutte le specie della famiglia degli stenazellidi, rappresentate da piccoli crostacei isopodi (non più di 2 cm), vivono in acque termali con temperature non inferiori a +20 C.

Quando il ghiacciaio se ne andò e il clima in California divenne più arido, la temperatura, la salinità e persino la quantità di cibo - le alghe - rimasero quasi invariate nelle sorgenti delle caverne per 50mila anni. Pertanto, il pesce, senza cambiare, è sopravvissuto tranquillamente ai cataclismi preistorici qui. Oggi, tutte le specie di ciprinodonti delle caverne sono protette dalla legge nell'interesse della scienza.

A prima vista, può sembrare così batteri nelle sorgenti termali non vivere. Tuttavia, la natura dimostra in modo convincente che non è così.

Tutti sanno che l'acqua bolle ad una temperatura di 100 gradi Celsius. Fino a poco tempo fa si credeva che a questa temperatura non potesse sopravvivere assolutamente nulla. Gli scienziati lo pensavano finché non hanno trovato batteri sconosciuti alla scienza sul fondo dell'Oceano Pacifico, nelle sorgenti termali. Si sentono benissimo a 250 gradi!

A grandi profondità l'acqua non si trasforma in vapore, ma rimane solo acqua, perché c'è grande profondità e alta pressione. L'acqua a questa temperatura contiene molte sostanze chimiche di cui si nutrono i batteri sopra menzionati. Non è chiaro come gli esseri viventi abbiano messo radici a una temperatura simile, ma sono abituati a vivere lì in modo tale che se vengono portati a una temperatura inferiore a 80 gradi Celsius, per loro farà freddo.

Come si è scoperto, la temperatura di 250 gradi non è il limite per la vita dei batteri. Nello stesso l'oceano Pacifico scoperto una sorgente molto calda, l'acqua nella quale raggiunge i 400 gradi. Anche in tali condizioni vivono non solo molti batteri, ma anche alcuni vermi e diverse specie di molluschi.

Tutti sanno che quando apparve la Terra (avvenne molti milioni di anni fa), era una normale palla calda. Per secoli, le persone hanno creduto che la vita fosse apparsa sul nostro pianeta quando la Terra si era raffreddata. E si credeva anche che su altri pianeti, su cui alta temperatura, la vita non può esistere. Probabilmente, gli scienziati dovranno ora riconsiderare le loro opinioni riguardo a questo fatto.

.(Fonte: "Dizionario enciclopedico biologico". Redattore capo M. S. Gilyarov; Comitato editoriale: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin e altri - 2a ed., corretta . - M .: Sov.

Scopri cosa sono gli "ORGANISMI TERMOFILI" in altri dizionari:

- (thermo... gr. phileo amore) organismi termofili (per lo più microscopici) che possono vivere a temperature relativamente elevate (fino a 70); I loro habitat naturali sono varie sorgenti termali e acque termali cfr. criofilo... ... Dizionario parole straniere Lingua russa

- (da termo (Vedi Termo...)... e greco philéo amore) termofili, organismi che vivono a temperature superiori a 45°C (distruttive per la maggior parte degli esseri viventi). Questi sono alcuni pesci, rappresentanti di vari invertebrati (vermi,... ... Grande Enciclopedia Sovietica

- ...Wikipedia

Organismi Classificazione scientifica Classificazione: Organismi del Superregno Organismo nucleare non nucleare (tardo organismo latino dal tardo latino organizo ... Wikipedia

Gli organismi inferiori, come tutti gli esseri viventi in generale, possono vivere solo in condizioni ben definite condizioni esterne la loro esistenza, cioè le condizioni dell'ambiente in cui vivono, e per ogni fattore esterno, per temperatura, pressione, umidità, ecc...

Si chiamano così i batteri che hanno la capacità di svilupparsi a temperature superiori a 55-60° C. Miquel fu il primo a trovare e isolare dalle acque della Senna un bacillo non mobile capace di vivere e moltiplicarsi a temperature di 70 °C.Van Tieghem... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron

Organismi Classificazione scientifica Classificazione: Organismi Superregni Nucleare Organismo non nucleare (tardo latino microorganismus dal tardo latino organizo ... Wikipedia - Vedi anche: Organismi più grandi Gli organismi più piccoli sono tutti i rappresentanti di batteri, animali, piante e altri organismi presenti sulla Terra, che hanno valori minimi nelle loro classi (distaccamenti) secondo parametri come ... Wikipedia