Страница 26
Тундровый тип растительности формируется в условиях короткого и прохладного лета, высокой влажности воздуха и низкой температуры почв. Именно малым количеством тепла определяются основные особенности этого типа: безлесие, мозаичность (пятнистость), преобладание мхов, лишайников, кустарничков и, отчасти, кустарников, низкорослость, господство многолетников.
Термофильные микроорганизмы также обычно являются ацидофильными, но следует учитывать, что только при температуре 25 ° С и при нормальном давлении нейтральность составляет рН 7; при 100 ° С вместо рН чистой воды 6, 13 и далее уменьшается по мере повышения температуры. Для поддержания клеточного рН, близкого к нейтральности, необходимы сложные протоны выброса, чтобы поддерживать внутренний рН выше 4.
Адаптация к высокой щелочности. Организмы, которые растут только при высоком рН, называются алкалоидами, но алкалотолеры также живут, но не только в сильнощелочных средах. Воды двух африканских озер Накуру и Симби содержат соду в количествах, доводящих рН до 10. В воде этих озер находится богатое сообщество цианобактерий, в котором доминирует Спирулина. В частности, в озере Накуру продуктивность цианобактерий обеспечивает питание миллионам фламинго, которые ежедневно выпускают около 15 т органического материала в виде лаков.
Тундровый тип растительности - образование молодое. Многие исследователи связывают его появление с древним оледенением, поэтому считают плейстоценовым образованием, но существует также мнение, что возникновение тундровых флористических комплексов относится к плиоцену. Численность видов тундровой флоры России не превышает 300-400. Бедность видового состава тундрового типа растительности связана как с его молодостью, так и с суровостью условий, в которых он формируется.
Эти воды, богатые органическим веществом, вмещают по меньшей мере 20 видов гетеротрофных одноклеточных эукариот и трех видов ротифери. Алкалофильные микроорганизмы поддерживают цитоплазму с нейтральным или слегка основным рН, благодаря внутриклеточному содержанию ионов натрия, которые обмениваются с ионами водорода, которые переносятся в клетку для снижения рН.
Адаптация к высокой солености. Минеральные соли необходимы для жизни. Моновалентные и двухвалентные ионы регулируют клеточный осмос, участвуют в качестве сокатализаторов для ферментативных реакций и регулируют конформацию биологических макромолекул с их ионными связями. Концентрации соли, обычно переносимые клетками, довольно низки, менее 0, 5%, так как высокие концентрации солевого раствора изменяют давление осмотических клеток, макромолекулярную конформацию и образование макромолекулярных комплексов.
Из многих неблагоприятных для жизни растений факторов одним из наиболее важных является недостаток тепла, вследствие чего здесь господствуют криофиты. Стремясь использовать тепло самого верхнего горизонта почвы и приземного слоя воздуха, каждый их которых измеряется всего несколькими сантиметрами, растения прижимаются к земле. Неудивительно поэтому, что многие тундровые растения очень низкорослы. Они распластаны по земле, а их корни разрастаются в основном в горизонтальном направлении и почти не идут в глубину. Широко распространены стелющиеся и подушкообразные формы. Многие растения имеют листья, собранные в прикорневую розетку.
Многие организмы требуют высоких концентраций солей для их роста и называются алофилами, другие переносят такие концентрации и называются алотолерантами. В гиперсалиновых водах могут быть найдены диатомовые водоросли и многие избитые эукариот. Эта бактерия растет в условиях солености от 25% до насыщения и распространяется по всему миру. Очень интересны «квадратные» археобы. В течение многих лет в лаборатории они считались невосприимчивыми, но теперь в культуре растут некоторые штаммы, что позволяет им углублять свои знания.
Кроме того, они оснащены фиолетовой клеточной мембраной, содержащей хромопротеин, родопсин, способный активировать с помощью света механизм уровня мембраны, который позволяет вытеснять избыточные ионы; алобактерии во время концентрации морских вод в физиологическом растворе окрашивают огромные красные массивные пространства испарительных баков. Последствия плохой доступности или отсутствия воды.
Благодаря низкорослости тундровые растения не только наиболее полно используют тепло приземного слоя воздуха и предохраняют себя от усиленного испарения, вызванного сильными ветрами, но и покрываются зимой снегом, защищающим их от вымерзания.
Растения тундр - преимущественно многолетники, в том числе и почти все травянистые растения. Однолетних трав крайне мало, так как пройти полный жизненный цикл за несколько недель чрезвычайно трудно. Для этого необходимы очень быстрые темпы развития в условиях низких температур. Почти совершенно отсутствуют луковичные и клубневые растения, поскольку поздно оттаивающая почва с многолетней мерзлотой неблагоприятна для их произрастания. Правда, здесь есть живородящие растения. Это - своего рода приспособление к воспроизводству потомства в условиях, когда семена не каждый год успевают созревать. В соцветиях таких растений (например, горец животворящий) вместо цветков развиваются луковички или клубеньки, которые, упав на землю, укореняются и дают начало новому побегу.
Организмы, которые живут только при плохой доступности воды, называются ксерофилами, тогда как те, кто живет, но не только, находятся в таких условиях ксеротоллеров. Наличие активности воды или воды измеряется в центах и соответствует содержанию воды в субстрате, подходящем для роста микроорганизмов, в состоянии баланса с относительной относительной влажностью окружающей среды; например, при относительной влажности 70%, наличие воды в субстрате, находящемся в равновесии с окружающей средой, составляет 0, 70.
Известно, что грибы более ксерофильные или ксеротолерантные, чем бактерии. Эти микрофоны, которые обычно включены в категорию плесени, являются экономически очень вредными, поскольку они могут разрушить консервированную пищу даже в условиях низкой влажности или ухудшить сохраненные, например, соль или сахар. Некоторые организмы допускают обезвоживание, то есть почти полное отсутствие воды, и поэтому могут выживать при ангидроброзе; это состояние характеризуется аномальной метаболической активностью и очень низким содержанием внутриклеточной воды.
Много в тундрах вечнозеленых растений: водяника (вороника), брусника, дриада, Кассандра, клюква, багульник и др. Это позволяет им с наступлением первых теплых дней полнее использовать лучистую энергию на фотосинтез, не теряя времени на образование листьев.
Чрезвычайно интересной особенностью тундровых растений является наличие у них приспособлений, направленных на уменьшение испарения, т. е. ксероморфизм, что обусловлено физиологической сухостью. Холодная вода остается почти недоступной для растений, поэтому они вынуждены сокращать испарение. У растений преобладают мелкие листочки, имеющие небольшую испаряющую поверхность. Нижняя сторона листьев, на которой находятся устьица, покрыта густым опушением, которое препятствует слишком сильному движению воздуха близ устьиц и, следовательно, уменьшает испарение. У некоторых растений (например, у вороники) листья свернуты в трубочку. Устьица, расположенные на нижней стороне листа, оказываются внутри нее, что также ведет к уменьшению испарения. Ряд растений имеет кожистые листья (брусника, клюква, дриада и др.).
Неудовлетворенность часто смертельно опасна для клеток, так как недостаток воды вызывает изменения в биологических молекулах, такие как денатурация белка и структурные переломы. Последние обусловлены реакциями Майяра и накоплением активных форм кислорода во время обезвоживания, особенно после солнечной радиации. Сушка также вызывает сильное осмотическое напряжение. Несмотря на эти ограничения, способность противостоять гидрогидробиологии известна во многих организмах среди бактерий, цианобактерий, грибов, растений, нематод, торги и членистоногих.
Одним из основных признаков тундровых сообществ является их полидоминантность. Хотя тундры и разделяют на моховые, лишайниковые, кустарничковые или пушицево-осоковые, в них практически всегда присутствуют мхи, лишайники, кустарнички, многолетние травянистые растения, часто кустарники, в разных, но нередко близких сочетаниях.
Глюкоза и, прежде всего, трегалоза, по-видимому, играют определенную роль в сопротивлении обезвоживанию. Эти сахара препятствуют модификации конформации биологических макромолекул, когда вода выходит из клетки. Адаптация к высокому давлению. В результате земной гравитации объемы газов, жидкостей или твердых веществ оказывают давление, которое зависит от их плотности. Нормальное атмосферное давление на уровне моря равно 1 атмосфере. Несмотря на это, мы можем найти жизнь на самых высоких глубинах океана, до почти 11 км, и до глубины Земли, по крайней мере, на 3, 5 км.
Мхи и лишайники играют в тундровом типе растительности очень большую роль. Эти неприхотливые растения могут существовать под защитой даже тонкого снежного покрова, а иногда и вообще без него. Широко представлены кустарнички и кустарники не только вечнозеленые, но и с опадающей листвой (ивы, карликовая березка, голубика, арктоус и др.). Среди многолетних травянистых растений встречаются злаки (луговик альпийский, мятлик арктичесий, лисохвост альпийский и др.), осоки (осока жесткая и др.), бобовые (астрагал зонтичный, копеечник неясный и др.), но большинство растений принадлежит к разнотравью (василисник альпийский, родиола розовая, купальница, герань белоцветковая, незабудки, мытник Эдера и др.). Характерная особенность тундрового разнотравья - крупные ярко окрашенные цветки: желтые, белые, малиновые, оранжевые, голубые и др.
Тем не менее, дно океанов богато жизненными формами, включая многие микроорганизмы. Высокое давление изменяет объемы и затрудняет жизнь. Давление уменьшает текучесть мембран, а организмы с высоким давлением корректируются за счет увеличения процента ненасыщенных жирных кислот, как и организмы, которые живут при низких температурах. Как это ни парадоксально, рельеф высокого давления океана способствует высокотемпературной жизни в термальных источниках. Фактически, в то время как повышение температуры увеличивает неустойчивость молекул и текучесть клеточных мембран, высокое давление имеет противоположный эффект.
Вдоль побережий Северного Ледовитого океана широкой полосой протянулась тундра - местность без леса с болотами, речками и ручейками. Здесь настолько суровый климат, что высокие деревья расти не могут.
Долгая морозная зима, продолжающаяся 9 месяцев в году, сменяется коротким и прохладным летом. Из-за низких температур земля промерзает, летом успевает оттаять только самый верхний слой почвы, на котором растут мхи, лишайники, травы, маленькие кустарнички - голубика, морошка, брусника, а также стелющиеся карликовая ива и карликовая береза. Растения приспособились к такому суровому климату: как только наступает лето, они начинают торопливо цвести, чтобы успеть дать плоды и семена до наступления холодов. Созревшие семена пережидают долгую зиму, не замерзая.
Жизнь в глубине Земли. Проникая в глубины нашей планеты, мы находим удивительно богатую микробную среду. Среди них много хемолитрофильных бактерий, которые буквально питаются скалами, используя воду, которая просачивается в почве, а также железо или сера в качестве продуктов. На одном километре глубины Земля по-прежнему богата жизнью, благодаря бактериям, которые используют водород, образующийся в воде, который реагирует с камнями и углекислым газом в качестве источника углерода. Однако, по некоторым оценкам, существующая биомасса высокой глубины составляет около одной десятой от общей поверхностной биомассы.
В тундре постоянно дуют очень сильные ветры. Зимой нередко бывает пурга и скорость ветра достигает 30-40 м в секунду.
Преобладают в тундре вечнозеленые растения с кожистыми листьями. У них есть различные приспособления, которые уменьшают испарение и дают возможность не затрачивать весной много времени на образование новых листьев. Из-за суровых условий жизни прирост органической массы у растений ничтожен.
Это дает представление об огромной живучести глубин Земли. Микробы больших глубин малоизвестны и, безусловно, удивительные открытия ждут нас в будущем. Многие организмы способны выдержать более одного фактора стресса. Это неудивительно, поскольку стрессоустойчивость часто многофакторна. Устойчивость к холоду, ультрафиолетовому и ультрафиолетовому излучению также очень тесно связана: например, многие цианобактерии, микроволны и дрожжи накапливаются в их клеточной меланиновой клетке, эффективно защищая излучение, ограничивая потерю воды и для облегчения накопления тепла.
Растениям тундры присущи своеобразные формы, которые помогают им наилучшим образом использовать солнечное тепло и защищаться от ветра. Особенно характерны так называемые шпалерные формы кустарников и деревьев. Их образуют, например, березы, ели, различные ивы. Стволы и ветки этих растений, кроме отдельных веточек, скрыты под мхом или лишайником.
Лишайники также способны выдерживать многочисленные стрессы. Полисахариды защищают их от повреждения от замерзания и оттаивания, лишайниковых пигментов от радиационных повреждений. Биология этих резистентных эукариотов еще не известна, но толстые сотовые меланинсодержащие стенки играют важную роль в радиационной стойкости и, возможно, также в дегидратации.
Это вещества, производимые широким кругом организмов в клетках, чтобы защитить их от повреждений, вызванных чрезмерным ультрафиолетовым излучением; Однако осознание их функции появляется как совместимые растворенные вещества, антиоксиданты, защитные вещества в процессе сушки и термический стресс. Жизнь в испарениях и криптоэндолитической жизни.
Многие тундровые растения приобрели подушкообразную форму. От корневой шейки таких растений в разные стороны отходят многочисленные побеги, которые, в свою очередь, неоднократнyhо разветвляются. Плотная подушка лучше прогревается солнечными лучами, побеги хорошо защищены от иссушающего действия ветра. Отмирающие нижние листья падают вниз, перегнивают и обогащают почву под подушкой перегноем. Подушки образуют, например, бесстебельная смолевка, камнеломки. Они так плотны, что издали напоминают затянутые мхом камни. Тем удивительнее видеть их в период цветения, когда они покрываются множеством бледно-розовых и белых цветков.
Испарители представляют собой минералы, состоящие из соляных отложений и представлены алитом, гипсом или ангидритом. Подобные сообщества также встречаются в окаменелостях, распространенных по всему миру. Бактерии, запертые в кристаллах соли, сохраняют свою метаболическую активность в течение нескольких недель и остаются в живых в течение нескольких месяцев.
Некоторые предположили, что бактерии могут жить миллионы лет в жидких включениях засоленных отложений, таких как испарение. Различным является случай криптоэндолитической жизни. Поверхность пород организмов, живущих в экстремальных условиях, с сильными тепловыми экскурсиями, длительными периодами сухости, нехваткой питательных веществ. Примерами этого являются лишайники, которые могли быть первыми колонизаторами наземных сред, около 600 миллионов лет назад, и обычно жили на поверхности обнаженных пород в качестве эпиляров.
Растения в тундре вообще жмутся к земле. Благодаря этому они меньше подвергаются иссушающему действию ветра и получают больше тепла, так как почва здесь прогревается сильнее, чем воздух. У многих тундровых растений очень крупные цветки. Цветки многих растений ярко окрашены и хорошо заметны издали. Для растений это очень важно, так как в тундре мало насекомых, производящих опыление. Лужайки с ярко-зеленой сочной низкорослой травой, покрывающиеся в первые недели короткого лета пестрым ковром пышных цветков: синими незабудками и горечавками, желтыми лютиками, розовыми кистями астрагалов и красными гроздьями мытников - радуют глаз. Многие представители тундровой флоры - прекрасные декоративные растения и, несомненно, могут украсить новые города и промышленные центры, строящиеся на далеком Севере.
Например, в Сухих Долинах Мак-Мердо континентальной Антарктиды, крайней пустыне на Земле, осадки, всегда снежные, чрезвычайно редки и иногда совершенно отсутствуют. В этом регионе песчаники, которые представляют собой пористые и прозрачные породы, вмещают криптоэндолитические микробные сообщества в защищенной среде. Скалы, заселенные криптоэндолитическими сообществами, показаны в разрезе до глубины около одного сантиметра, типичных цветных полос, что указывает на различные организмы, которые их составляют.
На скалах, открытых на севере, небольшой снег тает на солнце, проникает в пористость и позволяет жизнь эндолитических лишайников, водорослей, цианобактерий, микросфер, бактерий, образуя простую экосистему с производителями фотосинтеза и гетеротрофными потребителями с автономностью питания. Его микроорганизмы наиболее подходят для противостояния пространственным условиям. В семидесятых годах 20-го века.
