Les extrémophiles sont des organismes vivant dans des environnements extrêmes. Mystères de la nature
Certains organismes possèdent un avantage particulier qui leur permet de résister aux conditions les plus extrêmes, là où d’autres ne peuvent tout simplement pas y faire face. Ces capacités incluent la résistance à une pression énorme, à des températures extrêmes, etc. Ces dix créatures de notre liste donneront une longueur d’avance à tous ceux qui oseront revendiquer le titre d’organisme le plus résistant.
10. Araignée sauteuse de l'Himalaya
asiatique OIE sauvage est célèbre pour voler à des altitudes de plus de 6,5 kilomètres, tandis que l'établissement humain le plus élevé se trouve à 5 100 mètres d'altitude, dans les Andes péruviennes. Cependant, le record d'altitude n'appartient pas aux oies, mais à l'araignée sauteuse de l'Himalaya (Euophrys omnisuperstes). Vivant à plus de 6 700 mètres d'altitude, cette araignée se nourrit principalement de petits insectes transportés là par les rafales de vent. Une caractéristique clé de cet insecte est sa capacité à survivre dans des conditions d’absence presque totale d’oxygène.
9. Sauteur kangourou géant
Habituellement, lorsque l’on pense aux animaux qui peuvent survivre le plus longtemps sans eau, le chameau nous vient immédiatement à l’esprit. Mais les chameaux ne peuvent survivre sans eau dans le désert que 15 jours. Pendant ce temps, vous serez surpris d’apprendre qu’il existe un animal dans le monde qui peut vivre toute sa vie sans boire une goutte d’eau. Trémie kangourou géante - proche parent castors Leur durée de vie moyenne se situe généralement entre 3 et 5 ans. Ils obtiennent généralement de l’humidité grâce à la nourriture, en mangeant diverses graines. De plus, ces rongeurs ne transpirent pas, évitant ainsi une perte d’eau supplémentaire. Habituellement, ces animaux vivent dans la Vallée de la Mort et dans ce moment sont en danger d’extinction.
Étant donné que la chaleur de l’eau est transférée plus efficacement aux organismes, une température de l’eau de 50 degrés Celsius sera beaucoup plus dangereuse que la même température de l’air. C’est pour cette raison que les bactéries prospèrent principalement dans les sources chaudes sous-marines, ce qui n’est pas le cas des formes de vie multicellulaires. Cependant, il y a type particulier des vers appelés paralvinella sulfincola, qui s'installent volontiers dans les zones où l'eau atteint des températures de 45 à 55 degrés. Les scientifiques ont mené une expérience dans laquelle l'une des parois de l'aquarium était chauffée. Il s'est avéré que les vers préféraient rester dans cet endroit particulier, ignorant les endroits plus frais. On pense que cette fonctionnalité a été développée par les vers afin qu’ils puissent se régaler de bactéries trouvées en abondance dans les sources chaudes. Comme elles n’avaient pas d’ennemis naturels auparavant, les bactéries étaient des proies relativement faciles.
7. Requin du Groenland
Le requin du Groenland est l'un des requins les plus grands et les moins étudiés de la planète. Malgré le fait qu'ils nagent assez lentement (n'importe quel nageur amateur peut les dépasser), ils sont extrêmement rarement vus. Cela est dû au fait que ce type de requin vit généralement à une profondeur de 1 200 mètres. De plus, ce requin est l’un des plus résistants au froid. Elle préfère généralement rester dans une eau dont la température varie entre 1 et 12 degrés Celsius. Parce que ces requins vivent dans des eaux froides, ils doivent se déplacer extrêmement lentement pour minimiser leur dépense énergétique. Ils ne font aucune distinction en matière de nourriture et mangent tout ce qui leur tombe sous la main. Des rumeurs courent selon lesquelles leur durée de vie est d'environ 200 ans, mais personne n'a encore pu le confirmer ou l'infirmer.
6. Le ver du diable
Pendant de nombreuses décennies, les scientifiques ont cru que seuls les organismes unicellulaires pouvaient survivre à de grandes profondeurs. Selon eux, l'hypertension artérielle, le manque d'oxygène et températures extrêmes faisait obstacle aux créatures multicellulaires. Mais ensuite, des vers microscopiques ont été découverts à plusieurs kilomètres de profondeur. Nommé Halicephalobus mephisto, d'après un démon du folklore allemand, il a été découvert dans des échantillons d'eau à 2,2 kilomètres sous la surface d'une grotte en Afrique du Sud. Ils ont réussi à survivre à des conditions extrêmes environnement, ce qui a permis de supposer que la vie est possible sur Mars et sur d'autres planètes de notre galaxie.
5. Grenouilles
Certaines espèces de grenouilles sont largement connues pour leur capacité à geler littéralement tout au long de l’hiver et à reprendre vie lorsque le printemps arrive. DANS Amérique du Nord Cinq espèces de ces grenouilles ont été trouvées, dont la plus commune est la rainette commune. Parce que le rainettes peu doués pour l'enfouissement, ils se cachent simplement sous les feuilles mortes. Ils ont une substance semblable à de l'antigel dans leurs veines et, même si leur cœur finit par s'arrêter, cela est temporaire. La base de leur technique de survie est l'énorme concentration de glucose entrant dans le sang par le foie de la grenouille. Ce qui est encore plus surprenant, c'est que les grenouilles sont capables de démontrer leur capacité à geler non seulement dans environnement naturel, mais aussi dans des conditions de laboratoire, permettant aux scientifiques de révéler leurs secrets.
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4. Microbes des grands fonds
Nous savons tous que le point le plus profond du monde est la fosse des Mariannes. Sa profondeur atteint près de 11 kilomètres et la pression y dépasse la pression atmosphérique 1 100 fois. Il y a quelques années, des scientifiques ont réussi à y découvrir des amibes géantes, qu'ils ont réussi à photographier grâce à un appareil photo à haute résolution et protégées par une sphère de verre de l'énorme pression qui règne au fond. D'ailleurs, une récente expédition envoyée par James Cameron lui-même a montré que dans les profondeurs Tranchée des Mariannes Il peut y avoir d'autres formes de vie. Des échantillons de sédiments de fond ont été obtenus, ce qui a prouvé que la dépression regorgeait littéralement de microbes. Ce fait a étonné les scientifiques, car les conditions extrêmes qui y règnent, ainsi que l'énorme pression, sont loin d'être un paradis.
3. Bdelloidea
Les rotifères de l’espèce Bdelloidea sont des invertébrés femelles incroyablement minuscules, que l’on trouve généralement en eau douce. Depuis leur découverte, aucun mâle de l’espèce n’a été trouvé et les rotifères eux-mêmes se reproduisent de manière asexuée, ce qui détruit leur propre ADN. Ils restaurent leur ADN natif en mangeant d’autres types de micro-organismes. Grâce à cette capacité, les rotifères peuvent résister à une déshydratation extrême. En fait, ils sont capables de résister à des niveaux de radiations qui tueraient la plupart des organismes vivants de notre planète. Les scientifiques pensent que leur capacité à réparer leur ADN est due à leur besoin de survivre dans des environnements extrêmement arides.
2. Cafard
Il existe un mythe selon lequel les cafards seraient les seuls organismes vivants à survivre à une guerre nucléaire. En effet, ces insectes peuvent vivre plusieurs semaines sans eau ni nourriture, et en plus, ils peuvent vivre des semaines sans tête. Les blattes existent depuis 300 millions d’années et survivent même aux dinosaures. La chaîne Discovery Channel a mené une série d'expériences censées montrer si les cafards survivraient ou non sous de puissants rayonnements nucléaires. En conséquence, il s'est avéré que près de la moitié de tous les insectes étaient capables de survivre à un rayonnement de 1 000 rads (un tel rayonnement peut tuer un adulte). personne en bonne santé en seulement 10 minutes d'exposition), de plus, 10 % des cafards ont survécu à une exposition à 10 000 rads de rayonnement, ce qui équivaut au rayonnement de l'explosion nucléaire d'Hiroshima. Malheureusement, aucun de ces petits insectes n’a survécu à la dose de rayonnement de 100 000 rads.
1. Les tardigrades
De minuscules organismes aquatiques appelés tardigrades se sont avérés être les organismes les plus résistants de notre planète. Ces animaux apparemment mignons sont capables de survivre à presque toutes les conditions extrêmes, qu'il s'agisse de chaleur ou de froid, d'une pression énorme ou d'un rayonnement élevé. Ils sont capables de survivre un certain temps même dans l’espace. Dans des conditions extrêmes et dans un état de déshydratation extrême, ces créatures sont capables de rester en vie pendant plusieurs décennies. Ils prennent vie dès que vous les placez dans un étang.
Certains organismes, par rapport à d’autres, présentent un certain nombre d’avantages indéniables, par exemple la capacité de résister à des températures extrêmement élevées ou extrêmement basses. Il existe de nombreuses créatures vivantes aussi robustes dans le monde. Dans l'article ci-dessous, vous découvrirez les plus étonnants d'entre eux. Sans exagération, ils sont capables de survivre même dans des conditions extrêmes.
1. Araignées sauteuses de l'Himalaya
Les oies à tête barrée sont connues pour être parmi les oiseaux qui volent le plus haut au monde. Ils sont capables de voler à une altitude de plus de 6 000 mètres au-dessus du sol.
Savez-vous où se trouve la zone la plus peuplée de la planète ? Au Perou. Il s'agit de la ville de La Rinconada, située dans les Andes, près de la frontière avec la Bolivie, à une altitude d'environ 5 100 mètres au-dessus du niveau de la mer.
Pendant ce temps, le record des créatures vivantes les plus hautes de la planète Terre revient aux araignées sauteuses de l'Himalaya Euophrys omnisuperstes (« se tenant au-dessus de tout »), qui vivent dans les coins et recoins des pentes du mont Everest. Les grimpeurs les ont trouvés même à une altitude de 6 700 mètres. Ces minuscules araignées se nourrissent d’insectes transportés vers les sommets des montagnes par les vents violents. Ce sont les seuls êtres vivants qui vivent en permanence à une telle hauteur, sans compter bien sûr certaines espèces d'oiseaux. On sait également que les araignées sauteuses de l’Himalaya sont capables de survivre même dans des conditions de manque d’oxygène.
2. Sauteur kangourou géant
Quand on nous demande de nommer un animal qui peut s'en passer boire de l'eau pendant de longues périodes, la première chose qui me vient à l'esprit est un chameau. Cependant, dans le désert, sans eau, il ne peut survivre que 15 jours. Et non, les chameaux ne stockent pas de réserves d’eau dans leurs bosses, comme beaucoup le croient à tort. Pendant ce temps, il existe encore sur Terre des animaux qui vivent dans le désert et sont capables de vivre sans une seule goutte d’eau toute leur vie !
Les larves géantes de kangourous sont apparentées aux castors. Leur durée de vie varie de trois à cinq ans. Les sauteurs kangourous géants reçoivent de l'eau avec leur nourriture et se nourrissent principalement de graines.
Comme le notent les scientifiques, les sauteurs kangourous géants ne transpirent pas du tout, ils ne perdent donc pas, mais au contraire accumulent de l'eau dans le corps. Vous pouvez les trouver dans la Vallée de la Mort (Californie). Les larves géantes de kangourous sont actuellement en voie de disparition.
3. Vers résistants aux températures élevées
Étant donné que l’eau conduit la chaleur du corps humain environ 25 fois plus efficacement que l’air, une température de 50 degrés Celsius dans les profondeurs de la mer sera beaucoup plus dangereuse que sur terre. C’est pourquoi les bactéries prospèrent sous l’eau, et non les organismes multicellulaires qui ne supportent pas des températures trop élevées. Mais il y a des exceptions...
Mer profonde marine annélides Paralvinella sulfincola, qui vit près des sources hydrothermales au fond Océan Pacifique, sont peut-être les créatures vivantes les plus thermophiles de la planète. Les résultats d'une expérience menée par des scientifiques sur le chauffage d'un aquarium ont montré que ces vers préfèrent s'installer là où la température atteint 45-55 degrés Celsius.
4. Requin du Groenland
Les requins du Groenland comptent parmi les plus grandes créatures vivantes de la planète Terre, mais les scientifiques ne savent presque rien d'eux. Ils nagent très lentement, à égalité avec un nageur amateur ordinaire. Cependant, voir des baleines boréales requins polaires dans les eaux océaniques, c'est presque impossible, car ils vivent généralement à une profondeur de 1 200 mètres.
Les requins du Groenland sont également considérés comme les créatures les plus friandes du froid au monde. Ils préfèrent vivre dans des endroits où la température atteint 1 à 12 degrés Celsius.
Les requins du Groenland vivent dans les eaux froides, ce qui signifie qu'ils doivent économiser de l'énergie ; cela explique le fait qu'ils nagent très lentement - à une vitesse ne dépassant pas deux kilomètres par heure. Les requins du Groenland sont également appelés « requins dormeurs ». Ils ne sont pas exigeants en matière de nourriture : ils mangent tout ce qu'ils peuvent attraper.
Selon certains scientifiques, l'espérance de vie des requins du Groenland peut atteindre 200 ans, mais cela n'a pas encore été prouvé.
5. Les vers du diable
Pendant plusieurs décennies, les scientifiques ont pensé que seuls les organismes unicellulaires pouvaient survivre à de très grandes profondeurs. On croyait que les formes de vie multicellulaires ne pouvaient pas y vivre en raison du manque d'oxygène, de la pression et des températures élevées. Cependant, tout récemment, des chercheurs ont découvert des vers microscopiques à plusieurs milliers de mètres de profondeur sous la surface de la terre.
Les nématodes Halicephalobus mephisto, du nom d'un démon du folklore allemand, ont été découverts par Gaetan Borgoni et Tallis Onstott en 2011 dans des échantillons d'eau prélevés à 3,5 kilomètres de profondeur dans une grotte en Afrique du Sud. Les scientifiques ont découvert qu'ils présentent une grande résistance à diverses conditions extrêmes, comme les vers ronds qui ont survécu à la catastrophe de la navette spatiale Columbia survenue le 1er février 2003. La découverte de vers diaboliques pourrait contribuer à étendre la recherche de vie sur Mars et sur toute autre planète de notre Galaxie.
6. Grenouilles
Les scientifiques ont remarqué que certaines espèces de grenouilles gèlent littéralement avec le début de l'hiver et, en dégelant au printemps, reprennent une vie bien remplie. Il existe cinq espèces de ces grenouilles en Amérique du Nord, la plus courante étant Rana sylvatica, ou grenouille des bois.
Les grenouilles des bois ne savent pas comment s'enfouir dans le sol, donc avec l'arrivée du froid, elles se cachent simplement sous les feuilles mortes et gèlent, comme tout ce qui les entoure. À l’intérieur du corps, leur mécanisme de défense naturel « antigel » se déclenche et ils passent, comme un ordinateur, en « mode veille ». Les réserves de glucose du foie leur permettent en grande partie de survivre à l’hiver. Mais le plus étonnant est que les grenouilles des bois montrent leurs incroyables capacités à la fois dans faune, et dans des conditions de laboratoire.
7. Bactéries des grands fonds
Nous savons tous que le point le plus profond de l'océan mondial est la fosse des Mariannes, située à une profondeur de plus de 11 000 mètres. Au fond, la pression de l'eau atteint 108,6 MPa, soit environ 1 072 fois la pression atmosphérique normale au niveau de l'océan mondial. Il y a quelques années, les scientifiques utilisaient des caméras haute résolution, placés dans des sphères de verre, ont découvert des amibes géantes dans la fosse des Mariannes. Selon James Cameron, qui a dirigé l’expédition, d’autres formes de vie y prospèrent également.
Après avoir étudié des échantillons d'eau du fond de la fosse des Mariannes, les scientifiques y ont découvert un grand nombre de bactéries qui, étonnamment, se sont multipliées activement, malgré la grande profondeur et la pression extrême.
8. Bdelloidée
Les rotifères Bdelloidea sont de petits animaux invertébrés que l’on trouve généralement en eau douce.
Les représentants des rotifères Bdelloidea manquent de mâles ; les populations sont représentées uniquement par des femelles parthénogénétiques. Élevage de Bdelloidea de manière asexuée, ce qui, selon les scientifiques, affecte négativement leur ADN. Quelle est la meilleure façon de surmonter ces effets néfastes ? Réponse : mangez l’ADN d’autres formes de vie. Grâce à cette approche, Bdelloidea a développé une étonnante capacité à résister à une déshydratation extrême. De plus, ils peuvent survivre même après avoir reçu une dose de rayonnement mortelle pour la plupart des organismes vivants.
Les scientifiques pensent que la capacité des Bdelloidea à réparer l’ADN leur a été donnée à l’origine pour survivre à des températures élevées.
9. Cafards
Il existe un mythe populaire selon lequel après guerre nucléaire Seules les blattes resteront en vie sur Terre. Ces insectes peuvent passer des semaines sans nourriture ni eau, mais ce qui est encore plus étonnant, c'est qu'ils peuvent vivre plusieurs jours après avoir perdu la tête. Les blattes sont apparues sur Terre il y a 300 millions d’années, bien avant les dinosaures.
Les animateurs de « À bas les mythes » dans l'un des programmes ont décidé de tester la capacité de survie des cafards au cours de plusieurs expériences. Premièrement, ils ont exposé un certain nombre d’insectes à 1 000 rads de rayonnement, une dose capable de tuer une personne en bonne santé en quelques minutes. Près de la moitié d’entre eux ont réussi à survivre. Après que MythBusters ait augmenté la puissance de rayonnement à 10 000 rads (comme lors du bombardement atomique d'Hiroshima). Cette fois, seuls 10 pour cent des cafards ont survécu. Lorsque la puissance de rayonnement a atteint 100 000 rads, pas un seul cafard n'a malheureusement réussi à survivre.
La température est le facteur environnemental le plus important. La température a un impact énorme sur de nombreux aspects de la vie des organismes, leur géographie de distribution, leur reproduction et d'autres propriétés biologiques des organismes, qui dépendent principalement de la température. Portée, c'est-à-dire Les limites de température dans lesquelles la vie peut exister vont d'environ -200°C à +100°C, et des bactéries ont parfois été découvertes dans les sources chaudes à des températures de 250°C. En réalité, la plupart des organismes peuvent survivre dans une plage de températures encore plus étroite.
Certains types de micro-organismes, principalement des bactéries et des algues, sont capables de vivre et de se reproduire dans les sources chaudes à des températures proches du point d'ébullition. La limite supérieure de température pour les bactéries des sources chaudes est d’environ 90°C. La variabilité de la température est très importante d'un point de vue environnemental.
Toute espèce ne peut vivre que dans une certaine plage de températures, appelées températures mortelles maximales et minimales. Au-delà de ces températures extrêmes critiques, froid ou chaud, la mort de l’organisme survient. Quelque part entre eux se trouve une température optimale à laquelle l'activité vitale de tous les organismes, la matière vivante en général, est active.
Selon la tolérance des organismes aux conditions de température, ils sont divisés en eurythermiques et sténothermiques, c'est-à-dire capable de tolérer des fluctuations de température dans des limites larges ou étroites. Par exemple, les lichens et de nombreuses bactéries peuvent vivre dans différentes températures, ou les orchidées et autres plantes thermophiles des zones tropicales sont sténothermiques.
Certains animaux sont capables de maintenir une température corporelle constante, quelle que soit la température ambiante. De tels organismes sont appelés homéothermes. Chez d'autres animaux, la température corporelle varie en fonction de la température ambiante. On les appelle poïkilothermes. Selon la méthode d'adaptation des organismes aux conditions de température, ils sont divisés en deux groupes environnementaux: les cryophylles sont des organismes adaptés au froid et aux basses températures ; thermophiles - ou aimant la chaleur.
La règle d'Allen- une règle écogéographique établie par D. Allen en 1877. Selon cette règle, parmi les formes apparentées d'animaux homéothermes (à sang chaud) menant un mode de vie similaire, ceux qui vivent dans des climats plus froids ont des parties du corps saillantes relativement plus petites : oreilles, pattes, queues, etc.
La réduction des parties saillantes du corps entraîne une diminution de la surface relative du corps et permet d'économiser de la chaleur.
Un exemple de cette règle sont les représentants de la famille canine de différentes régions. Les oreilles les plus petites (par rapport à la longueur du corps) et le museau le moins allongé de cette famille se trouvent chez le renard arctique (région : Arctique), et les oreilles les plus grandes et le museau étroit et allongé se trouvent chez le renard fennec (région : Sahara).
Cette règle s'applique également aux populations humaines : le nez, les bras et les jambes les plus courts (par rapport à la taille du corps) sont caractéristiques des peuples Esquimaux-Aléoutes (Esquimaux, Inuits), et les bras et jambes les plus longs sont ceux des Fourrures et des Tutsis.
La règle de Bergman- une règle écogéographique formulée en 1847 par le biologiste allemand Karl Bergmann. La règle stipule que parmi les formes similaires d'animaux homéothermes (à sang chaud), les plus grands sont ceux qui vivent dans des climats plus froids - dans les hautes latitudes ou dans les montagnes. S'il existe des espèces étroitement apparentées (par exemple, des espèces du même genre) qui ne diffèrent pas significativement dans leurs habitudes alimentaires et leur mode de vie, alors des espèces plus grandes se trouvent également dans des climats plus rigoureux (froids).
La règle repose sur l'hypothèse que la production totale de chaleur chez les espèces endothermiques dépend du volume du corps et que le taux de transfert de chaleur dépend de sa surface. À mesure que la taille des organismes augmente, le volume du corps augmente plus rapidement que sa surface. Cette règle a d’abord été testée expérimentalement sur des chiens de différentes tailles. Il s’est avéré que la production de chaleur chez les petits chiens est plus élevée par unité de masse, mais quelle que soit leur taille, elle reste presque constante par unité de surface.
En effet, la règle de Bergmann est souvent respectée aussi bien au sein d’une même espèce que parmi des espèces étroitement apparentées. Par exemple, la forme Amour d'un tigre avec Extrême Orient plus grand que le Sumatra d'Indonésie. Les sous-espèces de loups du nord sont en moyenne plus grandes que celles du sud. Parmi les espèces étroitement apparentées du genre ours, les plus grandes vivent sous les latitudes septentrionales ( ours polaire, ours bruns d'environ. Kodiak) et les plus petites espèces (par exemple, l'ours à lunettes) se trouvent dans les régions aux climats chauds.
En même temps, cette règle a été souvent critiquée ; il a été noté qu'il ne peut pas être de nature générale, puisque la taille des mammifères et des oiseaux est influencée par de nombreux autres facteurs que la température. De plus, les adaptations aux climats rigoureux au niveau des populations et des espèces se produisent souvent non pas par des changements de taille corporelle, mais par des changements de taille. les organes internes(augmentation de la taille du cœur et des poumons) ou due à des adaptations biochimiques. Compte tenu de cette critique, il est nécessaire de souligner que la règle de Bergman est de nature statistique et manifeste clairement son effet, toutes choses étant égales par ailleurs.
Il existe en effet de nombreuses exceptions à cette règle. Donc la plus petite course mammouth laineux connu de l'île polaire de Wrangel; de nombreuses sous-espèces de loups de forêt sont plus grandes que les loups de la toundra (par exemple, la sous-espèce éteinte de la péninsule de Kenai ; on suppose que leur grande taille pourrait donner à ces loups un avantage lors de la chasse aux grands orignaux habitant la péninsule). La sous-espèce extrême-orientale de léopard vivant sur l'Amour est nettement plus petite que celle d'Afrique. Dans les exemples donnés, les formes comparées diffèrent par leur mode de vie (populations insulaires et continentales ; sous-espèces de la toundra, se nourrissant de proies plus petites, et sous-espèces forestières, se nourrissant de proies plus grosses).
En ce qui concerne les humains, la règle est applicable dans une certaine mesure (par exemple, des tribus pygmées sont apparemment apparues de manière répétée et indépendante dans différentes régions à climat tropical) ; cependant, les différences dans les régimes alimentaires et les coutumes locales, les migrations et la dérive génétique entre les populations limitent l'applicabilité de cette règle.
La règle de Gloger est que parmi les formes liées les unes aux autres (différentes races ou sous-espèces d'une même espèce, espèces apparentées) d'animaux homéothermes (à sang chaud), celles qui vivent dans des conditions de chaleur et climat humide, sont de couleurs plus vives que celles qui vivent dans des climats froids et secs. Fondée en 1833 par Konstantin Gloger (Gloger C. W. L. ; 1803-1863), ornithologue polonais et allemand.
Par exemple, la plupart des espèces d'oiseaux du désert sont de couleur plus terne que leurs parents subtropicaux et subtropicaux. forêts tropicales. La règle de Gloger s'explique à la fois par des considérations de camouflage et par l'influence des conditions climatiques sur la synthèse des pigments. Dans une certaine mesure, la règle de Gloger s'applique également aux animaux hypokilothermiques (à sang froid), en particulier les insectes.
L'humidité comme facteur environnemental
Au départ, tous les organismes étaient aquatiques. Ayant conquis la terre, ils n’ont pas perdu leur dépendance à l’eau. L'eau fait partie intégrante de tous les organismes vivants. L'humidité est la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air. Sans humidité ni eau, il n'y a pas de vie.
L'humidité est un paramètre caractérisant la teneur en vapeur d'eau de l'air. Humidité absolue- c'est la quantité de vapeur d'eau dans l'air et dépend de la température et de la pression. Cette quantité est appelée humidité relative (c'est-à-dire le rapport entre la quantité de vapeur d'eau dans l'air et la quantité saturée de vapeur dans certaines conditions de température et de pression.)
Dans la nature, il existe un rythme quotidien d’humidité. L'humidité fluctue verticalement et horizontalement. Ce facteur, avec la lumière et la température, joue un rôle important dans la régulation de l'activité des organismes et de leur répartition. L'humidité modifie également l'effet de la température.
Un facteur environnemental important est le séchage à l’air. L’effet desséchant de l’air est particulièrement important pour les organismes terrestres. Les animaux s'adaptent en se déplaçant vers des endroits protégés et en menant une vie active la nuit.
Les plantes absorbent l’eau du sol et presque toute (97 à 99 %) s’évapore à travers les feuilles. Ce processus est appelé transpiration. L'évaporation refroidit les feuilles. Grâce à l'évaporation, les ions sont transportés à travers le sol jusqu'aux racines, les ions sont transportés entre les cellules, etc.
Une certaine quantité d’humidité est absolument nécessaire aux organismes terrestres. Beaucoup d'entre eux nécessitent une humidité relative de 100 % pour un fonctionnement normal, et au contraire, un organisme dans un état normal ne peut pas vivre longtemps dans un air absolument sec, car il perd constamment de l'eau. L'eau est un élément essentiel de la matière vivante. Par conséquent, la perte d’une certaine quantité d’eau entraîne la mort.
Les plantes des climats secs s'adaptent grâce à des changements morphologiques et à la réduction des organes végétatifs, en particulier des feuilles.
Les animaux terrestres s'adaptent également. Beaucoup d’entre eux boivent de l’eau, d’autres l’absorbent par l’organisme sous forme liquide ou vapeur. Par exemple, la plupart des amphibiens, certains insectes et acariens. La plupart de Les animaux du désert ne boivent jamais ; ils satisfont leurs besoins avec de l'eau fournie en nourriture. D'autres animaux obtiennent de l'eau grâce au processus d'oxydation des graisses.
L'eau est absolument nécessaire aux organismes vivants. Ainsi, les organismes se répartissent dans leur habitat en fonction de leurs besoins : les organismes aquatiques vivent en permanence dans l'eau ; les hydrophytes ne peuvent vivre que dans des environnements très humides.
Du point de vue de la valence écologique, les hydrophytes et les hygrophytes appartiennent au groupe des sténogyres. L'humidité affecte grandement les fonctions vitales des organismes, par exemple, une humidité relative de 70 % était très favorable à la maturation au champ et à la fertilité des femelles. criquet migrateur. Lorsqu'elles sont propagées avec succès, elles causent d'énormes dégâts économiques aux cultures dans de nombreux pays.
Pour l'évaluation écologique de la répartition des organismes, l'indicateur d'aridité climatique est utilisé. La sécheresse sert de facteur sélectif pour la classification écologique des organismes.
Ainsi, en fonction des caractéristiques hygrométriques du climat local, les espèces d'organismes sont réparties en groupes écologiques :
1. Les hydatophytes sont des plantes aquatiques.
2. Les hydrophytes sont des plantes terrestres et aquatiques.
3. Hygrophytes - plantes terrestres vivant dans des conditions de forte humidité.
4. Les mésophytes sont des plantes qui poussent avec une humidité moyenne
5. Les xérophytes sont des plantes qui poussent avec une humidité insuffisante. Elles sont à leur tour divisées en : plantes succulentes - plantes succulentes (cactus) ; les sclérophytes sont des plantes aux feuilles étroites et petites, enroulées en tubes. Ils sont également divisés en euxérophytes et stypaxérophytes. Les euxérophytes sont des plantes des steppes. Les stypaxerophytes sont un groupe de graminées à gazon à feuilles étroites (herbe à plumes, fétuque, tonkonogo, etc.). À leur tour, les mésophytes sont également divisés en mésohygrophytes, mésoxérophytes, etc.
Bien que d’importance inférieure à la température, l’humidité est néanmoins l’un des principaux facteurs environnementaux. Pour la majeure partie de l’histoire de la faune monde organiqueétait représenté exclusivement par des organismes aquatiques. L’eau fait partie intégrante de la grande majorité des êtres vivants, et presque tous ont besoin d’un environnement aquatique pour se reproduire ou fusionner les gamètes. Les animaux terrestres sont obligés de créer des Environnement aquatique pour la fécondation, ce qui conduit à ce que cette dernière devienne interne.
L'humidité est la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air. Elle peut être exprimée en grammes par mètre cube.
La lumière comme facteur environnemental. Le rôle de la lumière dans la vie des organismes
La lumière est l'une des formes d'énergie. Selon la première loi de la thermodynamique, ou loi de conservation de l’énergie, l’énergie peut passer d’une forme à une autre. Selon cette loi, les organismes constituent un système thermodynamique échangeant constamment de l’énergie et de la matière avec l’environnement. Les organismes à la surface de la Terre sont exposés à un flux d’énergie, principalement l’énergie solaire, ainsi qu’au rayonnement thermique à ondes longues des corps cosmiques.
Ces deux facteurs déterminent les conditions climatiques de l'environnement (température, taux d'évaporation de l'eau, mouvement de l'air et de l'eau). La lumière du soleil avec une énergie de 2 cal tombe sur la biosphère depuis l'espace. de 1 cm 2 en 1 min. C'est ce qu'on appelle la constante solaire. Cette lumière, traversant l’atmosphère, est affaiblie et pas plus de 67 % de son énergie ne peut atteindre la surface de la Terre par temps clair, c’est-à-dire 1,34 cal. par cm 2 en 1 min. En passant à travers la couverture nuageuse, l'eau et la végétation, la lumière du soleil est encore plus affaiblie et la répartition de l'énergie y change considérablement. différentes régions spectre
Le degré d’atténuation de la lumière solaire et du rayonnement cosmique dépend de la longueur d’onde (fréquence) de la lumière. Le rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde inférieure à 0,3 micron ne traverse pratiquement pas la couche d'ozone (à une altitude d'environ 25 km). Un tel rayonnement est dangereux pour un organisme vivant, notamment pour le protoplasme.
Dans la nature vivante, la lumière est la seule source d'énergie ; toutes les plantes, à l'exception des bactéries, effectuent la photosynthèse, c'est-à-dire synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques (c'est-à-dire à partir de l'eau, des sels minéraux et du CO-Dans la nature vivante, la lumière est la seule source d'énergie, toutes les plantes sauf les bactéries 2 - utilisant l'énergie rayonnante dans le processus d'assimilation). Tous les organismes dépendent pour leur nutrition des organismes photosynthétiques terrestres, c'est-à-dire plantes chlorophylliennes.
La lumière en tant que facteur environnemental est divisée en ultraviolet avec une longueur d'onde de 0,40 à 0,75 microns et en infrarouge avec une longueur d'onde supérieure à ces grandeurs.
L'action de ces facteurs dépend des propriétés des organismes. Chaque type d'organisme est adapté à une longueur d'onde particulière de la lumière. Certains types d’organismes se sont adaptés au rayonnement ultraviolet, tandis que d’autres se sont adaptés au rayonnement infrarouge.
Certains organismes sont capables de distinguer les longueurs d'onde. Ils possèdent des systèmes spéciaux de perception de la lumière et une vision des couleurs, qui revêtent une grande importance dans leur vie. De nombreux insectes sont sensibles aux rayonnements à ondes courtes, que les humains ne peuvent pas percevoir. Les papillons perçoivent bien les rayons ultraviolets. Les abeilles et les oiseaux déterminent avec précision leur emplacement et naviguer sur le terrain même la nuit.
Les organismes réagissent également fortement à l’intensité lumineuse. Sur la base de ces caractéristiques, les plantes sont divisées en trois groupes écologiques :
1. Amoureux de la lumière, du soleil ou héliophytes - qui ne peuvent se développer normalement que sous les rayons du soleil.
2. Les plantes qui aiment l'ombre, ou sciophytes, sont des plantes des étages inférieurs des forêts et des plantes des profondeurs, par exemple le muguet et autres.
À mesure que l’intensité lumineuse diminue, la photosynthèse ralentit également. Tous les organismes vivants ont un seuil de sensibilité à l’intensité lumineuse, ainsi qu’à d’autres facteurs environnementaux. Différents organismes ont des seuils de sensibilité différents aux facteurs environnementaux. Par exemple, une lumière intense inhibe le développement des mouches drosophiles, provoquant même leur mort. Les cafards et autres insectes n’aiment pas la lumière. Dans la plupart des plantes photosynthétiques, à faible intensité lumineuse, la synthèse des protéines est inhibée et chez les animaux, les processus de biosynthèse sont inhibés.
3. Héliophytes tolérants à l’ombre ou facultatifs. Plantes qui poussent bien à l'ombre et à la lumière. Chez les animaux, ces propriétés des organismes sont appelées aimant la lumière (photophiles), aimant l'ombre (photophobes), euryphobe - sténophobe.
Valence environnementale
le degré d'adaptabilité d'un organisme vivant aux changements des conditions environnementales. E.v. représente une propriété d’espèce. Elle s'exprime quantitativement par l'éventail des changements environnementaux dans lesquels ce type maintient un fonctionnement normal. E.v. peut être considéré à la fois par rapport à la réaction d'une espèce à des facteurs environnementaux individuels et par rapport à un complexe de facteurs.
Dans le premier cas, les espèces qui tolèrent de larges changements dans la force du facteur d'influence sont désignées par un terme composé du nom de ce facteur avec le préfixe « eury » (eurythermal - par rapport à l'influence de la température, euryhaline - par rapport à la salinité, eurybathère - par rapport à la profondeur, etc.) ; les espèces adaptées uniquement à de petits changements de ce facteur sont désignées par un terme similaire avec le préfixe « sténo » (sténothermique, sténohaline, etc.). Espèce à large E. v. en relation avec un complexe de facteurs, ils sont appelés eurybiontes (Voir Eurybiontes) contrairement aux sténobiontes (Voir Stenobiontes), qui ont une faible adaptabilité. Étant donné que l'eurybionticité permet de peupler une variété d'habitats et que la sténobionticité réduit considérablement la gamme d'habitats adaptés à l'espèce, ces deux groupes sont souvent appelés respectivement eury- ou sténotopique.
Eurybiontes, organismes animaux et végétaux capables d'exister dans des conditions environnementales modifiées de manière significative. Par exemple, les habitants du littoral marin subissent un assèchement régulier à marée basse, un fort échauffement en été et un refroidissement et parfois un gel en hiver (animaux eurythermaux) ; Les habitants des estuaires des rivières peuvent y résister. fluctuations de la salinité de l'eau (animaux euryhalins) ; un certain nombre d'animaux existent dans une large gamme de pression hydrostatique (eurybates). De nombreux habitants terrestres des latitudes tempérées sont capables de résister à d'importantes fluctuations saisonnières de température.
L'eurybiontisme de l'espèce est augmenté par la capacité à tolérer des conditions défavorables en état d'anabiose (nombreuses bactéries, spores et graines de nombreuses plantes, plantes vivaces adultes des latitudes froides et tempérées, bourgeons hivernants d'éponges d'eau douce et de bryozoaires, œufs de branchiaux crustacés, tardigrades adultes et certains rotifères, etc.) ou l'hibernation (certains mammifères).
RÈGLE DE CHETVERIKOV En règle générale, selon Krom, dans la nature, tous les types d'organismes vivants ne sont pas représentés par des individus isolés, mais sous la forme d'agrégats de nombres (parfois très importants) d'individus-populations. Élevé par S. S. Chetverikov (1903).
Voir- il s'agit d'un ensemble historiquement établi de populations d'individus, similaires par leurs propriétés morpho-physiologiques, capables de se croiser librement et de produire une progéniture fertile, occupant une certaine zone. Chaque type d'organisme vivant peut être décrit par un ensemble de traits caractéristiques, propriétés appelées caractéristiques de l’espèce. Les caractéristiques d'une espèce par lesquelles une espèce peut être distinguée d'une autre sont appelées critères d'espèce.
Les plus couramment utilisés sont sept critères généraux de la forme :
1. Type spécifique d'organisation : ensemble de traits caractéristiques qui permettent de distinguer les individus d'une espèce donnée des individus d'une autre.
2. Certitude géographique : existence d'individus d'une espèce dans un endroit précis du globe ; aire de répartition - la zone où vivent les individus d'une espèce donnée.
3. Certitude écologique : les individus d'une espèce vivent dans une plage spécifique de valeurs de facteurs physiques environnementaux, tels que la température, l'humidité, la pression, etc.
4. Différenciation : une espèce est constituée de petits groupes d'individus.
5. Discrétion : les individus d'une espèce donnée sont séparés des individus d'une autre par un écart - le hiatus est déterminé par l'action de mécanismes d'isolement, tels que des divergences dans le moment de la reproduction, l'utilisation de réactions comportementales spécifiques, la stérilité des hybrides. , etc.
6. Reproductibilité : la reproduction des individus peut être réalisée de manière asexuée (le degré de variabilité est faible) et sexuellement (le degré de variabilité est élevé, puisque chaque organisme combine les caractéristiques du père et de la mère).
7. Un certain niveau de nombres : les nombres subissent des changements périodiques (vagues de vie) et non périodiques.
Les individus de toutes espèces sont répartis de manière extrêmement inégale dans l'espace. Par exemple, l'ortie, dans son aire de répartition, ne se trouve que dans les endroits humides et ombragés avec un sol fertile, formant des fourrés dans les plaines inondables des rivières, des ruisseaux, autour des lacs, le long des marécages, dans les forêts mixtes et les fourrés d'arbustes. Des colonies de taupes européennes, bien visibles sur les mottes de terre, se trouvent à la lisière des forêts, dans les prairies et les champs. Convient pour la vie
Bien que les habitats se trouvent souvent dans l'aire de répartition, ils ne couvrent pas toute l'aire de répartition et, par conséquent, les individus de cette espèce ne se trouvent pas dans d'autres parties de celle-ci. Cela ne sert à rien de chercher des orties dans une forêt de pins ou une taupe dans un marais.
Ainsi, la répartition inégale d'une espèce dans l'espace s'exprime sous la forme d'« îlots de densité », de « condensations ». Les zones de répartition relativement élevée de cette espèce alternent avec des zones de faible abondance. Ces « centres de densité » de la population de chaque espèce sont appelés populations. Une population est un ensemble d'individus d'une espèce donnée sur une longue période de temps ( grand nombre générations) habitant un certain espace (une partie de la zone) et isolé des autres populations similaires.
La traversée libre (panmixie) a pratiquement lieu au sein de la population. En d’autres termes, une population est un groupe d’individus librement regroupés, vivant longtemps sur un certain territoire et relativement isolés des autres groupes similaires. Une espèce est donc un ensemble de populations et une population est une unité structurelle d’une espèce.
Différence entre une population et une espèce :
1) les individus de populations différentes se croisent librement,
2) les individus de populations différentes diffèrent peu les uns des autres,
3) il n'y a pas d'écart entre deux populations voisines, c'est-à-dire qu'il y a une transition progressive entre elles.
Le processus de spéciation. Supposons qu'une espèce donnée occupe un certain habitat déterminé par son mode d'alimentation. En raison de la divergence entre les individus, la portée augmente. Le nouvel habitat contiendra des zones avec différentes plantes alimentaires, propriétés physiques et chimiques, etc. Les individus qui se trouvent dans différentes parties de l'habitat forment des populations. À l’avenir, en raison des différences toujours croissantes entre les individus d’une population, il deviendra de plus en plus évident que les individus d’une population diffèrent d’une manière ou d’une autre de ceux d’une autre population. Un processus de divergence de population est en cours. Les mutations s'accumulent dans chacun d'eux.
Les représentants de toute espèce dans la partie locale de l'aire de répartition forment une population locale. L'ensemble des populations locales associées aux zones de l'aire de répartition homogènes en termes de conditions de vie est population écologique. Ainsi, si une espèce vit dans une prairie et une forêt, on parle alors de ses populations de gomme et de prairie. Les populations situées dans l'aire de répartition d'une espèce et associées à des limites géographiques spécifiques sont appelées populations géographiques.
La taille et les limites des populations peuvent changer radicalement. Lors des poussées de reproduction massive, l’espèce se propage très largement et des populations géantes apparaissent.
Un ensemble de populations géographiques avec signes persistants, la capacité de se croiser et de produire une progéniture fertile est appelée une sous-espèce. Darwin a dit que la formation de nouvelles espèces se fait par le biais de variétés (sous-espèces).
Cependant, il ne faut pas oublier que dans la nature, il manque souvent un élément.
Les mutations survenant chez les individus de chaque sous-espèce ne peuvent à elles seules conduire à la formation de nouvelles espèces. La raison réside dans le fait que cette mutation se propagera dans toute la population, puisque les individus de la sous-espèce, comme nous le savons, ne sont pas isolés sur le plan reproductif. Si une mutation est bénéfique, elle augmente l’hétérozygotie de la population ; si elle est nuisible, elle sera simplement rejetée par sélection.
En raison du processus de mutation constant et du libre croisement, les mutations s’accumulent dans les populations. Selon la théorie de II Shmalhausen, une réserve de variabilité héréditaire est créée, c'est-à-dire que la grande majorité des mutations qui surviennent sont récessives et ne se manifestent pas de manière phénotypique. Une fois atteinte une forte concentration de mutations à l’état hétérozygote, le croisement d’individus porteurs de gènes récessifs devient possible. Dans ce cas, apparaissent des individus homozygotes chez lesquels les mutations se manifestent déjà de manière phénotypique. Dans ces cas, les mutations sont déjà sous contrôle sélection naturelle.
Mais cela n’est pas encore décisif pour le processus de spéciation, car les populations naturelles sont ouvertes et des gènes étrangers provenant de populations voisines y sont constamment introduits.
Il existe un flux génétique suffisant pour maintenir une grande similarité des pools génétiques (la totalité de tous les génotypes) de toutes les populations locales. On estime que la reconstitution du patrimoine génétique due à des gènes étrangers dans une population composée de 200 individus, chacun possédant 100 000 locus, est 100 fois plus importante que celle due à des mutations. En conséquence, aucune population ne peut changer radicalement tant qu’elle est soumise à l’influence normalisatrice du flux génétique. La résistance d'une population aux modifications de sa composition génétique sous l'influence de la sélection est appelée homéostasie génétique.
En raison de l’homéostasie génétique d’une population, la formation d’une nouvelle espèce est très difficile. Encore une condition à remplir ! À savoir, il est nécessaire d’isoler le pool génétique de la population fille du pool génétique maternel. L'isolement peut prendre deux formes : spatiale et temporelle. L'isolement spatial est dû à diverses barrières géographiques, telles que les déserts, les forêts, les rivières, les dunes et les plaines inondables. Le plus souvent, l'isolement spatial se produit en raison d'une forte réduction de la portée continue et de sa désintégration en poches ou niches séparées.
Souvent, une population se retrouve isolée à cause de la migration. Dans ce cas, une population isolée apparaît. Cependant, comme le nombre d'individus dans une population isolée est généralement faible, il existe un risque de consanguinité - dégénérescence associée à la consanguinité. La spéciation basée sur l'isolement spatial est dite géographique.
La forme temporaire d'isolement comprend des changements dans le calendrier de reproduction et des changements dans l'ensemble du cycle de vie. La spéciation basée sur un isolement temporaire est dite écologique.
L’élément décisif dans les deux cas est la création d’un nouveau système génétique incompatible avec l’ancien. L'évolution se réalise par la spéciation, c'est pourquoi on dit qu'une espèce est un système évolutif élémentaire. Une population est une unité évolutive élémentaire !
Caractéristiques statistiques et dynamiques des populations.
Les espèces d'organismes entrent dans la biocénose non pas en tant qu'individus, mais en tant que populations ou parties de celles-ci. Une population est une partie d'une espèce (constituée d'individus d'une même espèce), occupant un espace relativement homogène et capable de s'autoréguler et de maintenir un certain nombre. Chaque espèce sur le territoire occupé se divise en populations. Si l'on considère l'impact des facteurs environnementaux sur un organisme individuel, alors à un certain niveau du facteur (par exemple, la température), l'individu étudié survivra ou mourra. Le tableau change lorsqu'on étudie l'effet du même facteur sur un groupe d'organismes de la même espèce.
Certains individus mourront ou réduiront leur activité vitale à une température spécifique, d'autres - à une température plus basse, et d'autres encore - à une température plus élevée. Nous pouvons donc donner une autre définition d'une population : tous les organismes vivants, afin de survivre et de produire. la progéniture doit, dans des conditions environnementales dynamiques, exister sous la forme de groupes ou de populations, c'est-à-dire un ensemble d'individus cohabitant avec une hérédité similaire. La caractéristique la plus importante d'une population est le territoire total qu'elle occupe. Mais au sein d’une population, il peut exister des groupes plus ou moins isolés pour diverses raisons.
Par conséquent, il est difficile de donner une définition exhaustive de la population en raison des frontières floues entre les différents groupes d'individus. Chaque espèce est constituée d'une ou plusieurs populations, et une population est donc la forme d'existence d'une espèce, sa plus petite unité évolutive. Pour les populations de diverses espèces, il existe des limites acceptables pour la réduction du nombre d'individus, au-delà desquelles l'existence de la population devient impossible. Il n'existe pas de données exactes sur les valeurs critiques des effectifs de population dans la littérature. Les valeurs données sont contradictoires. Cependant, il reste incontestable que plus les individus sont petits, plus les valeurs critiques de leur nombre sont élevées. Pour les micro-organismes, il s'agit de millions d'individus, pour les insectes, de dizaines et de centaines de milliers, et pour les grands mammifères, de plusieurs dizaines.
Le nombre ne doit pas diminuer en dessous des limites au-delà desquelles la probabilité de rencontrer des partenaires sexuels diminue fortement. Le nombre critique dépend également d’autres facteurs. Par exemple, pour certains organismes, un mode de vie en groupe (colonies, troupeaux) est spécifique. Les groupes au sein d’une population sont relativement isolés. Il peut y avoir des cas où la population dans son ensemble est encore assez nombreuse et où le nombre de groupes individuels est réduit en dessous des limites critiques.
Par exemple, une colonie (groupe) de cormorans péruviens doit avoir une population d'au moins 10 000 individus, et le troupeau renne- 300 à 400 têtes. Pour comprendre les mécanismes de fonctionnement et résoudre les problèmes d'utilisation des populations, les informations sur leur structure sont d'une grande importance. Il existe des types de structure selon le sexe, l'âge, le territoire et d'autres types de structure. En termes théoriques et appliqués, les données les plus importantes concernent la structure par âge - le rapport entre les individus (souvent regroupés en groupes) d'âges différents.
Les animaux sont répartis dans les tranches d'âge suivantes :
Groupe juvénile (enfants) groupe sénile (groupe sénile, non impliqué dans la reproduction)
Groupe adulte (individus engagés dans la reproduction).
En règle générale, les populations normales se caractérisent par la plus grande viabilité, dans laquelle tous les âges sont représentés de manière relativement égale. Dans une population régressive (en voie de disparition), les individus séniles prédominent, ce qui indique la présence de facteurs négatifs qui perturbent les fonctions de reproduction. Des mesures urgentes sont nécessaires pour identifier et éliminer les causes de cette maladie. Les populations envahissantes (invasives) sont représentées principalement par de jeunes individus. Leur vitalité n'est généralement pas préoccupante, mais il existe une forte probabilité d'apparition d'un nombre excessivement élevé d'individus, car aucun lien trophique ou autre ne s'est formé dans ces populations.
C’est particulièrement dangereux s’il s’agit d’une population d’espèces auparavant absentes de la zone. Dans ce cas, les populations trouvent et occupent généralement une niche écologique libre et réalisent leur potentiel de reproduction, augmentant intensément leur nombre. Si la population est dans un état normal ou proche de la normale, une personne peut en retirer le nombre d'individus (chez les animaux). ) ou la biomasse (dans les plantes), qui augmente au fil du temps entre les prélèvements. Tout d’abord, les individus en âge de post-production (qui ont terminé leur reproduction) doivent être éliminés. Si l'objectif est d'obtenir un certain produit, alors l'âge, le sexe et d'autres caractéristiques des populations sont ajustés en tenant compte de la tâche.
L'exploitation des populations de communautés végétales (par exemple, pour la production de bois) est généralement programmée pour coïncider avec la période de ralentissement de la croissance lié à l'âge (accumulation de produits). Cette période coïncide généralement avec l’accumulation maximale de masse ligneuse par unité de surface. La population est également caractérisée par un certain sex-ratio, et le rapport entre hommes et femmes n'est pas égal à 1:1. Il existe des cas connus de forte prédominance d'un sexe ou d'un autre, d'alternance de générations avec absence de mâles. Chaque population peut également avoir une structure spatiale complexe (divisée en groupes hiérarchiques plus ou moins larges - du géographique au élémentaire (micropopulations).
Ainsi, si le taux de mortalité ne dépend pas de l'âge des individus, alors la courbe de survie est une ligne décroissante (voir figure, type I). C'est-à-dire que la mort des individus se produit de manière uniforme dans ce type, le taux de mortalité reste constant tout au long de la vie. Une telle courbe de survie est caractéristique des espèces dont le développement se fait sans métamorphose avec une stabilité suffisante de la progéniture née. Ce type est généralement appelé type hydre - il se caractérise par une courbe de survie proche d'une ligne droite. Chez les espèces pour lesquelles le rôle des facteurs externes dans la mortalité est faible, la courbe de survie se caractérise par une légère diminution jusqu'à un certain âge, après quoi on observe une forte baisse due à la mortalité naturelle (physiologique).
Type II sur la photo. La nature de la courbe de survie proche de ce type est caractéristique des humains (bien que la courbe de survie humaine soit un peu plus plate et se situe donc entre les types I et II). Ce type est appelé type drosophile : c'est ce que les mouches des fruits présentent dans des conditions de laboratoire (non mangées par les prédateurs). Caractéristique de nombreuses espèces taux de mortalité élevé sur étapes préliminaires l'ontogenèse. Chez ces espèces, la courbe de survie se caractérise par une forte baisse dans la région plus jeunes. Les individus qui survivent à l’âge « critique » présentent une faible mortalité et vivent jusqu’à un âge plus avancé. Le type est appelé type huître. Type III sur la photo. L'étude des courbes de survie présente un grand intérêt pour l'écologiste. Cela nous permet de juger à quel âge une espèce particulière est la plus vulnérable. Si les effets des causes susceptibles de modifier la fécondité ou la mortalité se produisent au stade le plus vulnérable, leur influence sur le développement ultérieur de la population sera alors la plus grande. Ce schéma doit être pris en compte lors de l'organisation de la chasse ou de la lutte antiparasitaire.
Structures par âge et sexe des populations.
Toute population est caractérisée par une certaine organisation. La répartition des individus sur le territoire, le ratio des groupes d'individus par sexe, âge, caractéristiques morphologiques, physiologiques, comportementales et génétiques reflètent les structure de la population : spatial, sexe, âge, etc. La structure se forme, d'une part, sur la base des propriétés biologiques générales de l'espèce, et d'autre part, sous l'influence de facteurs environnementaux abiotiques et de populations d'autres espèces.
La structure de la population est donc de nature adaptative. Différentes populations de la même espèce présentent des caractéristiques à la fois similaires et distinctives qui caractérisent les conditions environnementales spécifiques de leurs habitats.
En général, en plus des capacités d'adaptation des individus individuels, dans certains territoires se forment des caractéristiques adaptatives d'adaptation de groupe de la population en tant que système supra-individuel, ce qui indique que les caractéristiques adaptatives de la population sont bien supérieures à celles des individus. le composant.
Composition par âge- est important pour l'existence d'une population. La durée de vie moyenne des organismes et le rapport du nombre (ou de la biomasse) d'individus d'âges différents sont caractérisés par la structure par âge de la population. La formation de la structure par âge résulte de l'action combinée des processus de reproduction et de mortalité.
Dans toute population, on distingue classiquement 3 groupes écologiques d'âge :
Pré-reproductif ;
Reproducteur;
Post-reproductif.
Le groupe préreproductif comprend les individus qui ne sont pas encore capables de se reproduire. Reproducteur - individus capables de se reproduire. Post-reproductif – individus qui ont perdu la capacité de se reproduire. La durée de ces périodes varie considérablement selon le type d'organisme.
Dans des conditions favorables, la population comprend tous les groupes d’âge et maintient une composition par âge plus ou moins stable. Dans les populations en croissance rapide, les individus jeunes prédominent, tandis que dans les populations en déclin, les individus plus âgés ne sont plus capables de se reproduire de manière intensive. Ces populations sont improductives et pas assez stables.
Il existe des types avec structure d'âge simple populations composées d’individus presque du même âge.
Par exemple, toutes les plantes annuelles d’une population sont au stade de semis au printemps, puis fleurissent presque simultanément et produisent des graines à l’automne.
Chez les espèces avec structure d'âge complexe les populations ont plusieurs générations vivant en même temps.
Par exemple, le cycle biologique des éléphants comprend des animaux jeunes, matures et vieillissants.
Les populations qui comprennent plusieurs générations (de différents groupes d'âge) sont plus stables et moins sensibles à l'influence de facteurs affectant la reproduction ou la mortalité au cours d'une année donnée. Des conditions extrêmes peuvent entraîner la mort des tranches d’âge les plus vulnérables, mais les plus résilientes survivent et donnent naissance à de nouvelles générations.
Par exemple, une personne est considérée comme une espèce biologique dotée d’un complexe pyramide des ages. La stabilité des populations de l’espèce a par exemple été démontrée lors de la Seconde Guerre mondiale.
Pour étudier les structures par âge des populations, des techniques graphiques sont utilisées, par exemple les pyramides des âges de la population, largement utilisées dans les études démographiques (Fig. 3.9).
Figure 3.9. Pyramides des âges de la population.
A - reproduction massive, B - population stable, C - population en déclin
La stabilité des populations d'espèces dépend en grande partie de structure sexuelle , c'est à dire. ratios d'individus de sexes différents. Les groupes sexuels au sein des populations se forment sur la base des différences de morphologie (forme et structure du corps) et d'écologie des différents sexes.
Par exemple, chez certains insectes, les mâles ont des ailes, mais pas les femelles, les mâles de certains mammifères ont des cornes, mais pas les femelles, les oiseaux mâles ont un plumage brillant, tandis que les femelles ont un camouflage.
Les différences écologiques se reflètent dans les préférences alimentaires (les femelles de nombreux moustiques sucent le sang, tandis que les mâles se nourrissent de nectar).
Le mécanisme génétique assure une proportion à peu près égale d'individus des deux sexes à la naissance. Cependant, le rapport initial est rapidement perturbé en raison des différences physiologiques, comportementales et environnementales entre mâles et femelles, entraînant une mortalité inégale.
L'analyse de la structure par âge et par sexe des populations permet de prédire ses effectifs pour plusieurs générations et années à venir. Ceci est important lors de l'évaluation des possibilités de pêche, de tir sur les animaux, de sauvegarde des récoltes contre les attaques acridiennes et dans d'autres cas.
Les températures élevées sont nocives pour presque tous les êtres vivants. Une augmentation de la température ambiante jusqu’à +50 °C est largement suffisante pour provoquer la dépression et la mort d’une grande variété d’organismes. Pas besoin d'en parler davantage hautes températures.
La limite de propagation de la vie est considérée comme une température de +100 °C, à laquelle se produit la dénaturation des protéines, c'est-à-dire la destruction de la structure des molécules protéiques. Pendant longtemps, on a cru qu'il n'existait dans la nature aucune créature capable de tolérer facilement des températures comprises entre 50 et 100 ° C. Cependant dernières découvertes les scientifiques disent le contraire.
Tout d'abord, des bactéries adaptées à la vie dans des sources chaudes avec des températures d'eau allant jusqu'à +90 ºС ont été découvertes. En 1983, une autre major découverte scientifique. Un groupe de biologistes américains a étudié des sources d'eau thermale saturées de métaux situées au fond de l'océan Pacifique.
Les fumeurs noirs, semblables à des cônes tronqués, se trouvent à une profondeur de 2 000 m. Leur hauteur est de 70 m et leur diamètre de base est de 200 m. Les fumeurs ont été découverts pour la première fois près des îles Galapagos.
Situés à de grandes profondeurs, ces « fumeurs noirs », comme les appellent les géologues, absorbent activement l’eau. Ici, il se réchauffe grâce à la chaleur provenant de la substance chaude et profonde de la Terre, et atteint une température supérieure à +200°C.
L’eau des sources ne bout pas uniquement parce qu’elle est sous haute pression et qu’elle est enrichie de métaux provenant des entrailles de la planète. Une colonne d’eau s’élève au-dessus des « fumeurs noirs ». La pression créée ici, à une profondeur d'environ 2000 m (et même bien plus), est de 265 atm. À une pression aussi élevée, même les eaux minéralisées de certaines sources, ayant des températures allant jusqu'à +350°C, ne bout pas.
En raison du mélange avec l'eau de mer, les eaux thermales se refroidissent relativement rapidement, mais les bactéries découvertes par les Américains à ces profondeurs tentent de rester à l'écart de l'eau refroidie. Des micro-organismes étonnants se sont adaptés pour se nourrir de minéraux dans des eaux chauffées à +250 °C. Les températures plus basses ont un effet déprimant sur les microbes. Déjà dans une eau à une température d'environ +80°C, bien que les bactéries restent viables, elles cessent de se multiplier.
Les scientifiques ne savent pas exactement quel est le secret de l'endurance fantastique de ces minuscules créatures vivantes, qui tolèrent facilement le chauffage jusqu'au point de fusion de l'étain.
La forme du corps des bactéries qui habitent les fumeurs noirs est irrégulière. Les organismes sont souvent équipés de longues projections. Les bactéries absorbent le soufre et le transforment en matière organique. Pogonophora et vestimentifera formaient avec eux une symbiose afin de se nourrir de cette matière organique.
Des études biochimiques minutieuses ont révélé la présence d'un mécanisme de protection dans les cellules bactériennes. La molécule de la substance héréditaire ADN, sur laquelle l'information génétique est stockée, chez un certain nombre d'espèces, est enveloppée dans une couche de protéine qui absorbe l'excès de chaleur.
L’ADN lui-même comprend une teneur anormalement élevée en paires guanine-cytosine. Tous les autres êtres vivants de notre planète possèdent un nombre bien moindre de ces associations dans leur ADN. Il s’avère que la liaison entre la guanine et la cytosine est très difficile à rompre par chauffage.
Par conséquent, la plupart de ces composés servent simplement à renforcer la molécule et ensuite seulement à coder l’information génétique.
Les acides aminés servent Composants molécules protéiques dans lesquelles ils sont retenus grâce à des liaisons chimiques spéciales. Si nous comparons les protéines des bactéries des grands fonds avec les protéines d'autres organismes vivants similaires dans les paramètres énumérés ci-dessus, il s'avère qu'en raison d'acides aminés supplémentaires, il existe des connexions supplémentaires dans les protéines des microbes à haute température.
Mais les experts sont convaincus que ce n’est pas le secret des bactéries. Chauffer les cellules entre +100 et 120 °C est largement suffisant pour endommager l'ADN protégé par les dispositifs chimiques répertoriés. Cela signifie qu’il doit exister d’autres moyens au sein des bactéries pour éviter de détruire leurs cellules. La protéine qui compose les habitants microscopiques des sources thermales comprend des particules spéciales - des acides aminés d'un type que l'on ne trouve chez aucune autre créature vivant sur Terre.
Les molécules protéiques des cellules bactériennes, qui possèdent des composants protecteurs (renforçants) spéciaux, bénéficient d'une protection particulière. Les lipides, c'est-à-dire les graisses et les substances apparentées, ont une structure inhabituelle. Leurs molécules sont des chaînes d'atomes unies. L'analyse chimique des lipides provenant de bactéries à haute température a montré que dans ces organismes, les chaînes lipidiques sont entrelacées, ce qui sert à renforcer davantage les molécules.
Cependant, les données de l’analyse peuvent être comprises d’une autre manière, de sorte que l’hypothèse de chaînes entrelacées reste non prouvée. Mais même si nous le prenons comme un axiome, il est impossible d’expliquer pleinement les mécanismes d’adaptation à des températures d’environ +200 °C.
Des êtres vivants plus développés ne pourraient pas atteindre le succès des micro-organismes, mais les zoologistes connaissent de nombreux invertébrés et même des poissons qui se sont adaptés à la vie dans les eaux thermales.
Parmi les invertébrés, il faut citer tout d'abord les différents habitants des cavernes qui habitent des réservoirs alimentés par les eaux souterraines, chauffées par la chaleur souterraine. Dans la plupart des cas, il s’agit de minuscules algues unicellulaires et de toutes sortes de crustacés.
Représentant des crustacés isopodes, la thermosphère thermique appartient à la famille des sphéromatides. Il vit dans une source chaude à Soccoro (Nouveau Mexique, USA). La longueur du crustacé n'est que de 0,5 à 1 cm, il se déplace le long du fond de la source et possède une paire d'antennes conçues pour s'orienter dans l'espace.
Les poissons des cavernes, adaptés à la vie dans les sources thermales, peuvent tolérer des températures allant jusqu'à +40 °C. Parmi ces créatures, les plus remarquables sont celles à dents de carpe qui habitent Les eaux souterraines Amérique du Nord. Parmi les espèces de ce grand groupe, se distingue Cyprinodon macularis.
C'est l'un des animaux les plus rares sur Terre. Une petite population de ces minuscules poissons vit dans une source chaude de seulement 50 cm de profondeur. Cette source situé à l'intérieur de la Grotte du Diable dans la Vallée de la Mort (Californie), l'un des endroits les plus secs et les plus chauds de la planète.
Proche parent du Cyprinodon, l'œil aveugle n'est pas adapté à la vie dans les sources thermales, bien qu'il habite les eaux souterraines des grottes karstiques de la même zone géographique aux États-Unis. Les yeux aveugles et ses espèces apparentées sont attribués à la famille des yeux aveugles, tandis que les cyprinodons sont classés comme une famille distincte de carpes à dents.
Contrairement à d'autres habitants des grottes translucides ou de couleur crème laiteuse, y compris d'autres habitants à dents de carpe, les cyprinodons sont peints en bleu vif. Autrefois, ces poissons se trouvaient dans plusieurs sources et pouvaient se déplacer librement dans les eaux souterraines d'un réservoir à un autre.
Au XIXe siècle, les habitants ont observé à plusieurs reprises comment les cyprinodons s'installaient dans des flaques d'eau apparues à la suite du remplissage des ornières d'une roue de charrette avec de l'eau souterraine. À propos, à ce jour, on ne sait toujours pas comment et pourquoi ces beaux poissons se sont frayés un chemin avec l'humidité souterraine à travers une couche de sol meuble.
Mais ce mystère n’est pas le principal. On ne sait pas exactement comment les poissons peuvent résister à des températures de l'eau allant jusqu'à +50 °C. Quoi qu’il en soit, c’est une adaptation étrange et inexplicable qui a aidé les Cyprinodons à survivre. Ces créatures sont apparues en Amérique du Nord il y a plus d'un million d'années. Avec le début de la glaciation, tous les animaux à dents de carpe ont disparu, à l'exception de ceux qui exploitaient les eaux souterraines, y compris les eaux thermales.
Presque toutes les espèces de la famille des stenazellides, représentées par de petits crustacés isopodes (pas plus de 2 cm), vivent dans des eaux thermales dont la température n'est pas inférieure à +20 C.
Lorsque le glacier a disparu et que le climat de Californie est devenu plus aride, la température, la salinité et même la quantité de nourriture - les algues - sont restées presque inchangées dans les sources des grottes pendant 50 000 ans. Par conséquent, le poisson, sans changer, a survécu ici calmement aux cataclysmes préhistoriques. Aujourd'hui, toutes les espèces de cyprinodons des cavernes sont protégées par la loi dans l'intérêt de la science.
Les bactéries constituent le groupe d'organismes le plus ancien connu
Structures de pierre en couches - stromatolites - datées dans certains cas du début de l'Archéozoïque (Archéen), c'est-à-dire est apparu il y a 3,5 milliards d'années, est le résultat de l'activité vitale de bactéries, généralement photosynthétiques, ce qu'on appelle. algues bleu-vert. Des structures similaires (films bactériens imprégnés de carbonates) se forment encore aujourd'hui, principalement au large des côtes de l'Australie, des Bahamas, de la Californie et du golfe Persique, mais elles sont relativement rares et n'atteignent pas de grandes tailles, car les organismes herbivores, comme les gastéropodes , nourrissez-vous d'eux. Les premières cellules nucléées ont évolué à partir de bactéries il y a environ 1,4 milliard d'années.
Les archéobactéries thermoacidophiles sont considérées comme les plus anciens organismes vivants existants. Ils vivent dans une eau de source chaude très acide. À des températures inférieures à 55°C (131°F), ils meurent !
90 % de la biomasse des mers s’avère être constituée de microbes.
La vie est apparue sur Terre
Il y a 3,416 milliards d'années, soit 16 millions d'années plus tôt qu'on ne le croit généralement monde scientifique. Les analyses d'un des coraux, dont l'âge dépasse 3,416 milliards d'années, ont prouvé qu'au moment de la formation de ce corail, la vie au niveau microbien existait déjà sur Terre.
Le plus ancien microfossile
Kakabekia barghoorniana (1964-1986) a été trouvé à Harich, Goonedd, Pays de Galles, avec un âge estimé à plus de 4 000 000 000 d'années.
La forme de vie la plus ancienne
Des empreintes fossilisées de cellules microscopiques ont été découvertes au Groenland. Il s’est avéré que leur âge est de 3 800 millions d’années, ce qui en fait la forme de vie la plus ancienne que nous connaissions.
Bactéries et eucaryotes
La vie peut exister sous forme de bactéries - les organismes les plus simples qui n'ont pas de noyau dans la cellule, les plus anciens (archées), presque aussi simples que les bactéries, mais se distinguant par une membrane inhabituelle, sont considérés comme les eucaryotes - en fait, tous les autres organismes dont le code génétique est stocké dans le noyau cellulaire.
Les habitants les plus anciens de la Terre ont été trouvés dans la fosse des Mariannes
Au fond de la fosse des Mariannes la plus profonde du monde, au centre de l'océan Pacifique, 13 espèces d'organismes unicellulaires inconnus de la science ont été découvertes, existant inchangées depuis près d'un milliard d'années. Des micro-organismes ont été découverts dans des échantillons de sol prélevés dans la faille Challenger à l'automne 2002 par le bathyscaphe automatique japonais "Kaiko" à une profondeur de 10 900 mètres. Dans 10 centimètres cubes de sol, 449 unicellulaires primitifs, ronds ou allongés, de 0,5 à 0,7 mm, inconnus jusqu'alors, ont été découverts. Après plusieurs années de recherche, ils ont été répartis en 13 espèces. Tous ces organismes correspondent presque entièrement à ce qu'on appelle. "des fossiles biologiques inconnus" découverts dans les années 1980 en Russie, en Suède et en Autriche dans des couches de sol datant de 540 millions à un milliard d'années.
Sur la base d'analyses génétiques, des chercheurs japonais affirment que les organismes unicellulaires trouvés au fond de la fosse des Mariannes existent inchangés depuis plus de 800 millions, voire un milliard d'années. Apparemment, ce sont les plus anciens de tous les habitants actuellement connus de la Terre. Pour survivre, les organismes unicellulaires de la faille Challenger ont été contraints d'aller à des profondeurs extrêmes, car dans les couches peu profondes de l'océan, ils ne pouvaient pas rivaliser avec des organismes plus jeunes et plus agressifs.
Les premières bactéries sont apparues à l’époque archéozoïque
Le développement de la Terre est divisé en cinq périodes appelées ères. Les deux premières ères, l'Archéozoïque et le Protérozoïque, ont duré 4 milliards d'années, soit près de 80 % de toute l'histoire de la Terre. Au cours de l'Archéozoïque, la formation de la Terre s'est produite, l'eau et l'oxygène sont apparus. Il y a environ 3,5 milliards d’années, les premières petites bactéries et algues sont apparues. Au Protérozoïque, il y a environ 700 ans, les premiers animaux sont apparus dans la mer. Il s’agissait de créatures invertébrées primitives, comme les vers et les méduses. Paléozoïque a commencé il y a 590 millions d'années et a duré 342 millions d'années. Ensuite, la Terre s'est recouverte de marécages. Au Paléozoïque, de grandes plantes, poissons et amphibiens sont apparus. ère mésozoïque a commencé il y a 248 millions d'années et a duré 183 millions d'années. À cette époque, la Terre était habitée par d’énormes lézards dinosaures. Les premiers mammifères et oiseaux sont également apparus. L'ère Cénozoïque a commencé il y a 65 millions d'années et se poursuit encore aujourd'hui. C’est à cette époque que sont apparus les plantes et les animaux qui nous entourent aujourd’hui.
Où vivent les bactéries
Les bactéries sont abondantes dans le sol, au fond des lacs et des océans, partout où la matière organique s'accumule. Ils vivent dans le froid, lorsque le thermomètre est juste au-dessus de zéro, et dans des sources chaudes et acides avec des températures supérieures à 90°C. Certaines bactéries tolèrent une salinité très élevée ; en particulier, ce sont les seuls organismes trouvés dans la mer Morte. Dans l’atmosphère, ils sont présents sous forme de gouttelettes d’eau et leur abondance est généralement en corrélation avec la poussière de l’air. Ainsi, en ville, l’eau de pluie contient bien plus de bactéries qu’en zone rurale. Il y en a peu dans l'air froid des hautes montagnes et des régions polaires, mais on les trouve même dans la couche inférieure de la stratosphère à 8 km d'altitude.
Les bactéries participent à la digestion
Le tube digestif des animaux est densément peuplé de bactéries (généralement inoffensives). Ils ne sont pas nécessaires à la vie de la plupart des espèces, bien qu’ils puissent synthétiser certaines vitamines. Or, chez les ruminants (vaches, antilopes, moutons) et de nombreux termites, ils interviennent dans la digestion des aliments végétaux. De plus, le système immunitaire d’un animal élevé dans des conditions stériles ne se développe pas normalement en raison du manque de stimulation bactérienne. La « flore » bactérienne normale des intestins est également importante pour supprimer les micro-organismes nuisibles qui y pénètrent.
Un quart de million de bactéries tiennent dans un endroit
Les bactéries sont beaucoup plus petites que les cellules des plantes et des animaux multicellulaires. Leur épaisseur est généralement de 0,5 à 2,0 µm et leur longueur de 1,0 à 8,0 µm. Certaines formes sont à peine visibles à la résolution des microscopes optiques standards (environ 0,3 µm), mais on connaît également des espèces avec une longueur supérieure à 10 µm et une largeur qui dépasse également les limites spécifiées, et un certain nombre de bactéries très minces peuvent dépasser 50 µm de longueur. Sur la surface correspondant au point marqué au crayon, s'adapteront un quart de million de bactéries de taille moyenne.
Les bactéries offrent des leçons d’auto-organisation
Dans les colonies bactériennes appelées stromatolites, les bactéries s’auto-organisent et forment un immense groupe de travail, même si aucune d’entre elles ne dirige les autres. Cette association est très stable et se rétablit rapidement en cas de dommages ou de changements dans l'environnement. Il est également intéressant de noter que les bactéries présentes dans le stromatolite jouent des rôles différents selon l’endroit où elles se trouvent dans la colonie et partagent toutes des informations génétiques. Toutes ces propriétés peuvent être utiles pour les futurs réseaux de communication.
Capacités des bactéries
De nombreuses bactéries possèdent des récepteurs chimiques qui détectent les changements dans l’acidité de l’environnement et la concentration de sucres, d’acides aminés, d’oxygène et de dioxyde de carbone. De nombreuses bactéries mobiles réagissent également aux fluctuations de température et les espèces photosynthétiques réagissent aux changements d’intensité lumineuse. Certaines bactéries perçoivent la direction des lignes de champ champ magnétique, y compris le champ magnétique terrestre, à l’aide de particules de magnétite (minerai de fer magnétique – Fe3O4) présentes dans leurs cellules. Dans l’eau, les bactéries utilisent cette capacité pour nager le long de lignes de force à la recherche d’un environnement favorable.
Mémoire des bactéries
Les réflexes conditionnés chez les bactéries sont inconnus, mais ils possèdent un certain type de mémoire primitive. En nageant, ils comparent l'intensité perçue du stimulus avec sa valeur précédente, c'est-à-dire déterminer s'il est devenu plus grand ou plus petit et, sur cette base, maintenir la direction du mouvement ou la modifier.
Le nombre de bactéries double toutes les 20 minutes
En partie à cause de la petite taille des bactéries, leur taux métabolique est très élevé. Dans les conditions les plus favorables, certaines bactéries peuvent doubler leur masse totale et leur nombre toutes les 20 minutes environ. Cela s’explique par le fait qu’un certain nombre de leurs systèmes enzymatiques les plus importants fonctionnent à une vitesse très élevée. Ainsi, un lapin a besoin de quelques minutes pour synthétiser une molécule protéique, alors que les bactéries mettent quelques secondes. Cependant, dans environnement naturel Par exemple, dans le sol, la plupart des bactéries sont « au régime de famine », donc si leurs cellules se divisent, ce n’est pas toutes les 20 minutes, mais une fois tous les quelques jours.
En 24 heures, une bactérie pourrait en produire 13 000 milliards d’autres.
Une bactérie E. coli (Esherichia coli) pourrait produire une progéniture en 24 heures, dont le volume total serait suffisant pour construire une pyramide d'une superficie de 2 km² et d'une hauteur de 1 km. Dans des conditions favorables, en 48 heures, un vibrion cholérique (Vibrio cholerae) produirait une progéniture pesant 22 * 1024 tonnes, soit 4 mille fois plus de masse globe. Heureusement, seul un petit nombre de bactéries survivent.
Combien de bactéries y a-t-il dans le sol ?
La couche supérieure du sol contient de 100 000 à 1 milliard de bactéries pour 1 g, soit environ 2 tonnes par hectare. Typiquement, tous les résidus organiques, une fois dans le sol, sont rapidement oxydés par les bactéries et les champignons.
Les bactéries mangent des pesticides
E. coli ordinaire génétiquement modifié est capable de manger des composés organophosphorés - des substances toxiques non seulement pour les insectes, mais également pour les humains. La classe des composés organophosphorés comprend certains types d'armes chimiques, par exemple le gaz sarin, qui a un effet paralytique sur les nerfs.
Une enzyme spéciale, un type d’hydrolase, trouvée à l’origine dans certaines bactéries « sauvages » du sol, aide l’E. coli modifié à gérer les organophosphates. Après avoir testé de nombreuses variétés génétiquement similaires de bactéries, les scientifiques ont choisi une souche qui tue le pesticide méthyl parathion 25 fois plus efficacement que les bactéries d'origine du sol. Pour empêcher les mangeurs de toxines de « s'enfuir », ils ont été fixés sur une matrice de cellulose – on ne sait pas comment l'E. coli transgénique se comportera une fois libre.
Les bactéries mangeront volontiers du plastique avec du sucre
Le polyéthylène, le polystyrène et le polypropylène, qui représentent un cinquième des déchets urbains, sont devenus attractifs pour les bactéries du sol. Lorsque des unités polystyrène styrène sont mélangées à une petite quantité d’une autre substance, des « crochets » se forment sur lesquels des particules de saccharose ou de glucose peuvent s’accrocher. Les sucres « pendent » sur des chaînes en styrène comme des pendentifs, ne représentant que 3 % des poids total le polymère résultant. Mais les bactéries Pseudomonas et Bacillus remarquent la présence de sucres et, en les mangeant, détruisent les chaînes polymères. En conséquence, les plastiques commencent à se décomposer en quelques jours. Les produits finaux du traitement sont le dioxyde de carbone et l'eau, mais sur leur chemin, des acides organiques et des aldéhydes apparaissent.
Acide succinique de bactéries
Une nouvelle espèce de bactérie produisant de l'acide succinique a été découverte dans le rumen, une partie du tube digestif des ruminants. Les microbes vivent et se reproduisent bien sans oxygène, dans une atmosphère de dioxyde de carbone. En plus de l'acide succinique, ils produisent de l'acide acétique et formique. La principale ressource nutritionnelle pour eux est le glucose ; à partir de 20 grammes de glucose, les bactéries créent près de 14 grammes d'acide succinique.
Crème contre les bactéries des grands fonds
Les bactéries collectées dans une fissure hydrothermale à deux kilomètres de profondeur dans la baie Pacifique de Californie contribueront à créer une lotion pour protection efficace peau des rayons nocifs du soleil. Parmi les microbes qui vivent ici à des températures et des pressions élevées se trouve Thermus thermophilus. Leurs colonies prospèrent à des températures de 75 degrés Celsius. Les scientifiques vont utiliser le processus de fermentation de ces bactéries. Le résultat sera un « cocktail de protéines », comprenant des enzymes particulièrement désireuses de détruire les composés chimiques hautement actifs formés par l’exposition aux rayons ultraviolets et impliqués dans des réactions destructrices de la peau. Selon les développeurs, les nouveaux composants peuvent détruire le peroxyde d'hydrogène trois fois plus rapidement à 40 degrés Celsius qu'à 25.
Les humains sont des hybrides d'Homo sapiens et de bactéries
Une personne est en fait un ensemble de cellules humaines, ainsi que de formes de vie bactériennes, fongiques et virales, disent les Britanniques, et le génome humain ne prédomine pas dans ce conglomérat. Dans le corps humain, il existe plusieurs milliards de cellules et plus de 100 milliards de bactéries, soit cinq cents espèces. En ce qui concerne la quantité d’ADN dans notre corps, ce sont les bactéries, et non les cellules humaines, qui sont en tête. Cette cohabitation biologique est bénéfique aux deux parties.
Les bactéries accumulent de l'uranium
Une souche de la bactérie Pseudomonas est capable de capturer efficacement l'uranium et d'autres métaux lourds présents dans l'environnement. Les chercheurs ont isolé ce type de bactérie dans les eaux usées d’une usine métallurgique de Téhéran. Le succès des travaux de nettoyage dépend de la température, de l'acidité de l'environnement et de la teneur en métaux lourds. Les meilleurs résultats ont été obtenus à 30 degrés Celsius dans un environnement légèrement acide avec une concentration d'uranium de 0,2 gramme par litre. Ses granules s'accumulent dans les parois des bactéries, atteignant 174 mg par gramme de poids sec de bactéries. De plus, la bactérie capte le cuivre, le plomb, le cadmium et d’autres métaux lourds présents dans l’environnement. La découverte peut servir de base au développement de nouvelles méthodes de traitement des eaux usées contenant des métaux lourds.
Deux espèces de bactéries inconnues de la science ont été découvertes en Antarctique
Les nouveaux micro-organismes Sejongia jeonnii et Sejongia antarctica sont des bactéries à Gram négatif contenant un pigment jaune.
Tant de bactéries sur la peau !
La peau des rats-taupes contient jusqu'à 516 000 bactéries par pouce carré ; les zones sèches de la peau du même animal, comme les pattes avant, ne contiennent que 13 000 bactéries par pouce carré.
Bactéries contre les rayonnements ionisants
Le micro-organisme Deinococcus radiodurans est capable de résister à 1,5 million de rads. les rayonnements ionisants dépassent de plus de 1 000 fois les niveaux mortels pour d’autres formes de vie. Alors que l'ADN d'autres organismes sera détruit et détruit, le génome de ce micro-organisme ne sera pas endommagé. Le secret d’une telle stabilité réside dans la forme spécifique du génome, qui ressemble à un cercle. C’est ce fait qui contribue à une telle résistance aux radiations.
Microorganismes contre les termites
Le médicament anti-termites "Formosan" (USA) utilise Ennemis naturels termites - plusieurs types de bactéries et de champignons qui les infectent et les tuent. Une fois qu’un insecte est infecté, des champignons et des bactéries s’installent dans son corps et forment des colonies. Lorsqu’un insecte meurt, ses restes deviennent une source de spores qui infectent ses congénères. Des micro-organismes ont été sélectionnés qui se reproduisent relativement lentement - l'insecte infecté devrait avoir le temps de retourner au nid, où l'infection sera transmise à tous les membres de la colonie.
Les micro-organismes vivent au pôle
Des colonies de microbes ont été trouvées sur des pierres dans la région nord et pôles sud. Ces endroits ne sont pas très propices à la vie - la combinaison de températures extrêmement basses, de vents forts et de rayons ultraviolets intenses semble effrayante. Mais 95 % des plaines rocheuses étudiées par les scientifiques sont habitées par des micro-organismes !
Ces micro-organismes captent suffisamment de lumière qui pénètre sous les pierres à travers les fissures qui les séparent et se reflète sur les surfaces des pierres voisines. En raison des changements de température (les pierres sont chauffées par le soleil et refroidies lorsqu'il n'y a pas de soleil), des mouvements se produisent dans les placers de pierres, certaines pierres se retrouvent dans l'obscurité totale, tandis que d'autres, au contraire, sont exposées à la lumière. Après de tels mouvements, les micro-organismes « migrent » des pierres sombres vers celles illuminées.
Les bactéries vivent dans les décharges de scories
Les organismes les plus alcalinisants de la planète vivent dans les eaux polluées des États-Unis. Les scientifiques ont découvert des communautés microbiennes prospérant dans les décharges de cendres de la région du lac Calume, au sud-ouest de Chicago, où le niveau d'acidité (pH) de l'eau est de 12,8. Vivre dans un tel environnement est comparable à vivre dans de la soude caustique ou du liquide nettoyant pour sols. Dans de telles décharges, l'air et l'eau réagissent avec les scories, ce qui produit de l'hydroxyde de calcium (soude caustique), qui augmente le pH. La bactérie a été découverte lors d'une étude sur les eaux souterraines contaminées accumulées depuis plus d'un siècle de décharges industrielles de fer provenant de l'Indiana et de l'Illinois.
L'analyse génétique a montré que certaines de ces bactéries sont de proches parents des espèces Clostridium et Bacillus. Ces espèces ont déjà été trouvées dans les eaux acides du lac Mono en Californie, dans les piliers de tuf au Groenland et dans les eaux polluées par le ciment d'une mine d'or profonde en Afrique. Certains de ces organismes utilisent l’hydrogène libéré lors de la corrosion des scories de fer métallique. La manière exacte dont ces bactéries inhabituelles se sont introduites dans les décharges de scories reste un mystère. Il est possible que les bactéries locales se soient adaptées à leur habitat extrême au cours du siècle dernier.
Les microbes déterminent la pollution de l'eau
Les bactéries E. coli modifiées sont cultivées dans un milieu contenant des contaminants et leurs quantités sont déterminées à différents moments. Les bactéries possèdent un gène intégré qui permet aux cellules de briller dans le noir. Par l’éclat de la lueur, on peut juger de leur nombre. Les bactéries sont congelées dans de l'alcool polyvinylique, elles peuvent alors résister aux basses températures sans dommages graves. Ils sont ensuite décongelés, cultivés en suspension et utilisés en recherche. Dans un environnement pollué, les cellules se détériorent et meurent plus souvent. Le nombre de cellules mortes dépend du temps et du degré de contamination. Ces indicateurs diffèrent pour métaux lourds et de la matière organique. Pour toute substance, le taux de mortalité et la dépendance du nombre de bactéries mortes par rapport à la dose sont différents.
Les virus ont
...une structure complexe de molécules organiques, ce qui est encore plus important est la présence de son propre code génétique viral et la capacité de se reproduire.
Origine des virus
Il est généralement admis que les virus sont nés de l'isolement (autonomisation) d'éléments génétiques individuels de la cellule, qui ont en outre reçu la capacité de se transmettre d'un organisme à l'autre. La taille des virus varie de 20 à 300 nm (1 nm = 10 à 9 m). Presque tous les virus sont plus petits que les bactéries. Cependant, les virus les plus gros, comme le virus de la variole, ont la même taille que les plus petites bactéries (chlamydia et rickettsie).
Les virus sont une forme de transition de la simple chimie à la vie sur Terre
Il existe une version selon laquelle les virus sont apparus il y a longtemps - grâce à des complexes intracellulaires qui ont gagné en liberté. A l'intérieur d'une cellule normale, il y a un mouvement de nombreuses structures génétiques différentes (ARN messager, etc., etc...), qui peuvent être les progéniteurs de virus. Mais peut-être que tout était tout le contraire - et les virus - forme la plus ancienne la vie, ou plutôt l’étape de transition de la « simple chimie » à la vie sur Terre.
Certains scientifiques associent même l’origine des eucaryotes eux-mêmes (et donc de tous les organismes unicellulaires et multicellulaires, y compris vous et moi) aux virus. Il est possible que nous soyons apparus grâce à la « collaboration » de virus et de bactéries. Les premiers fournissaient le matériel génétique et les seconds les ribosomes, des usines intracellulaires de protéines.
Les virus ne sont pas capables
... se reproduire par eux-mêmes - les mécanismes internes de la cellule infectée par le virus le font à leur place. Le virus lui-même ne peut pas non plus fonctionner avec ses gènes - il n'est pas capable de synthétiser des protéines, bien qu'il possède une enveloppe protéique. Il vole simplement les protéines prêtes à l’emploi des cellules. Certains virus contiennent même des glucides et des graisses – mais là encore, ils sont volés. En dehors de la cellule victime, le virus n’est qu’une gigantesque accumulation de molécules certes très complexes, mais sans métabolisme ni autre action active.
Étonnamment, les créatures les plus simples de la planète (que nous appellerons toujours des créatures virales) constituent l’un des plus grands mystères de la science.
Le plus gros virus Mimi, ou Mimivirus
...(provoquant une épidémie de grippe) est 3 fois plus élevé que les autres virus et 40 fois plus que les autres. Elle porte 1 260 gènes (1,2 millions de bases « lettres », soit plus que les autres bactéries), alors que les virus connus ne possèdent que trois à cent gènes. De plus, le code génétique du virus est constitué d’ADN et d’ARN, alors que tous les virus connus n’utilisent qu’une seule de ces « tablettes de vie », mais jamais les deux ensemble. 50 gènes Mimi sont responsables de choses qui n’ont jamais été observées auparavant dans les virus. En particulier, Mimi est capable de synthétiser indépendamment 150 types de protéines et même de réparer son propre ADN endommagé, ce qui est généralement absurde pour les virus.
Les modifications du code génétique des virus peuvent les rendre mortels
Des scientifiques américains ont expérimenté le virus de la grippe moderne - une maladie désagréable et grave, mais peu mortelle - en le croisant avec le virus de la fameuse « grippe espagnole » de 1918. Le virus modifié a carrément tué des souris présentant des symptômes caractéristiques de la grippe espagnole (pneumonie aiguë et hémorragie interne). Cependant, ses différences avec le virus moderne au niveau génétique se sont révélées minimes.
L'épidémie de grippe espagnole en 1918 a tué plus de gens que lors des plus terribles épidémies médiévales de peste et de choléra, et encore plus que les pertes sur le front de la Première Guerre mondiale. Les scientifiques suggèrent que le virus de la grippe espagnole pourrait provenir du virus dit de la « grippe aviaire », combiné à un virus ordinaire, par exemple présent dans le corps des porcs. Si la grippe aviaire réussit à se croiser avec la grippe humaine et est capable de se transmettre d'une personne à l'autre, nous obtenons alors une maladie qui peut provoquer une pandémie mondiale et tuer plusieurs millions de personnes.
Le plus poison puissant
...maintenant considérée comme une toxine du bacille D, 20 mg suffisent à empoisonner toute la population de la Terre.
Les virus savent nager
Huit types de virus phagiques vivent dans les eaux de Ladoga, différant par la forme, la taille et la longueur des pattes. Leur nombre est nettement supérieur à celui typique de l'eau douce : de deux à douze milliards de particules par litre d'échantillon. Dans certains échantillons, il n'y avait que trois types de phages ; leur teneur et leur diversité les plus élevées se trouvaient dans la partie centrale du réservoir, les huit types. C’est généralement le contraire qui se produit : il y a davantage de micro-organismes dans les zones côtières des lacs.
Silence des virus
De nombreux virus, comme l’herpès, ont deux phases dans leur développement. La première survient immédiatement après l’infection d’un nouvel hôte et ne dure pas longtemps. Ensuite, le virus « se tait » et s’accumule tranquillement dans le corps. La seconde peut commencer dans quelques jours, semaines ou années, lorsque le virus, pour l’instant « silencieux », commence à se multiplier comme une avalanche et provoque des maladies. La présence d’une phase « latente » protège le virus de la disparition lorsque la population hôte en devient rapidement immunisée. Plus l’environnement extérieur est imprévisible du point de vue du virus, plus il est important qu’il connaisse une période de « silence ».
Les virus jouent rôle important
Les virus jouent un rôle important dans la vie de toute masse d’eau. Leur nombre atteint plusieurs milliards de particules par litre d’eau de mer sous les latitudes polaires, tempérées et tropicales. Dans les lacs d'eau douce, la teneur en virus est généralement inférieure d'un facteur 100. Reste à savoir pourquoi il y a tant de virus à Ladoga et pourquoi ils sont si inhabituellement répartis. Mais les chercheurs sont convaincus que les micro-organismes ont un impact significatif sur état écologique eau naturel.
Une amibe ordinaire réagit positivement à une source de vibrations mécaniques
L'amibe proteus est une amibe d'eau douce d'environ 0,25 mm de long, l'une des espèces les plus communes du groupe. Il est souvent utilisé dans les expériences scolaires et les recherches en laboratoire. L'amibe commune se trouve dans les boues au fond des étangs aux eaux polluées. Il ressemble à une petite boule gélatineuse incolore, à peine visible à l’œil nu.
Chez l'amibe commune (Amoeba proteus), ce qu'on appelle la vibrotaxie a été découverte sous la forme d'une réaction positive à une source de vibrations mécaniques d'une fréquence de 50 Hz. Cela devient compréhensible si l’on considère que chez certaines espèces de ciliés qui servent de nourriture aux amibes, la fréquence des battements des cils varie entre 40 et 60 Hz. L'amibe présente également une phototaxie négative. Ce phénomène est que l'animal tente de passer de la zone éclairée vers l'ombre. La thermotaxie de l'amibe est également négative : elle se déplace d'une partie plus chaude vers une partie moins chauffée de la masse d'eau. Il est intéressant d’observer la galvanotaxie des amibes. Si un faible courant électrique traverse l'eau, l'amibe libère des pseudopodes uniquement du côté faisant face au pôle négatif - la cathode.
La plus grande amibe
L'une des plus grandes amibes - espèces d'eau douce Pelomyxa (Chaos) carolinensis de 2 à 5 mm de long.
L'amibe bouge
Le cytoplasme d'une cellule est en mouvement constant. Si le courant du cytoplasme se précipite vers un point de la surface de l'amibe, une saillie apparaît à cet endroit sur son corps. Il grossit, devient une excroissance du corps - un pseudopode, le cytoplasme s'y jette et l'amibe se déplace de cette manière.
Sage-femme pour amibe
Une amibe est un organisme très simple, constitué d’une seule cellule qui se reproduit par simple division. Tout d’abord, la cellule amibe double son matériel génétique, créant un deuxième noyau, puis change de forme, formant un étranglement au milieu, qui la divise progressivement en deux cellules filles. Il reste un mince ligament entre eux, qu'ils tirent dans des directions différentes. Finalement, le ligament se brise et les cellules filles commencent une vie indépendante.
Mais chez certaines espèces d'amibes, le processus de reproduction n'est pas du tout si simple. Leurs cellules filles ne peuvent pas rompre le ligament de manière indépendante et fusionnent parfois à nouveau en une seule cellule à deux noyaux. Les amibes en division crient à l’aide en libérant un produit chimique spécial auquel « l’amibe sage-femme » réagit. Les scientifiques pensent qu'il s'agit très probablement d'un complexe de substances, comprenant des fragments de protéines, de lipides et de sucres. Apparemment, lorsqu'une cellule d'amibe se divise, sa membrane subit une tension, ce qui provoque la libération d'un signal chimique dans environnement externe. Ensuite, l'amibe en division est aidée par une autre, qui répond à un signal chimique spécial. Il s'insère entre les cellules en division et exerce une pression sur le ligament jusqu'à sa rupture.
Fossiles vivants
Les plus anciens d'entre eux sont les radiolaires, des organismes unicellulaires recouverts d'une coquille mélangée à de la silice, dont les restes ont été découverts dans des gisements précambriens, dont l'âge varie de un à deux milliards d'années.
Le plus endurant
Le tardigrade, un animal mesurant moins d’un demi-millimètre de long, est considéré comme la forme de vie la plus résistante sur Terre. Cet animal peut résister à des températures allant de 270 degrés Celsius à 151 degrés Celsius, à une exposition aux rayons X, à des conditions de vide et à une pression six fois supérieure à celle des fonds marins les plus profonds. Les tardigrades peuvent vivre dans les gouttières et les fissures de la maçonnerie. Certaines de ces petites créatures ont pris vie après cent ans d'hibernation dans la mousse sèche des collections de musées.
Les Acantharia, les organismes les plus simples appartenant aux radiolaires, atteignent une longueur de 0,3 mm. Leur squelette est constitué de sulfate de strontium.
La masse totale du phytoplancton n’est que de 1,5 milliard de tonnes, tandis que celle du zoopalnkton est de 20 milliards de tonnes.
La vitesse de déplacement du pantoufle cilié (Paramecium caudatum) est de 2 mm par seconde. Cela signifie que la chaussure nage en une seconde sur une distance 10 à 15 fois supérieure à la longueur de son corps. Il y a 12 000 cils à la surface de la pantoufle ciliée.
L'Euglena verte (Euglena viridis) peut servir bon indicateur degré de purification biologique de l’eau. Avec une diminution de la contamination bactérienne, son nombre augmente fortement.
Quelles ont été les premières formes de vie sur Terre ?
Les créatures qui ne sont ni des plantes ni des animaux sont appelées rangeomorphes. Ils se sont installés pour la première fois au fond de l'océan il y a environ 575 millions d'années, après la dernière glaciation mondiale (cette période est appelée la période Édiacarienne), et ont été parmi les premières créatures à corps mou. Ce groupe existait jusqu'il y a 542 millions d'années, lorsque les animaux modernes à prolifération rapide ont remplacé la plupart de ces espèces.
Organismes assemblés en modèles fractals de parties ramifiées. Ils étaient incapables de bouger et n'avaient pas d'organes reproducteurs, mais se multipliaient, créant apparemment de nouvelles branches. Chaque élément de ramification était constitué de nombreux tubes maintenus ensemble par un squelette organique semi-rigide. Les scientifiques ont découvert des rangeomorphes collectés dans plusieurs différentes formes, qui, selon lui, collectait de la nourriture dans différentes couches de la colonne d'eau. Le modèle fractal semble assez complexe, mais, selon le chercheur, la similitude des organismes entre eux rendait un génome simple suffisant pour créer de nouvelles branches flottantes et relier les branches en structures plus complexes.
L'organisme fractal, trouvé à Terre-Neuve, mesurait 1,5 cm de large et 2,5 cm de long.
Ces organismes représentaient jusqu'à 80 % de tous les habitants de l'Ediacara lorsqu'il n'y avait pas d'animaux mobiles. Cependant, avec l’avènement d’organismes plus mobiles, leur déclin a commencé et, par conséquent, ils ont été complètement remplacés.
La vie immortelle existe au plus profond des fonds marins
Sous la surface des mers et des océans se trouve toute une biosphère. Il s'avère qu'à des profondeurs de 400 à 800 mètres sous le fond, dans l'épaisseur d'anciens sédiments et roches, vivent des myriades de bactéries. Certains spécimens spécifiques sont estimés avoir 16 millions d’années. Ils sont pratiquement immortels, affirment les scientifiques.
Les chercheurs pensent que c'est dans de telles conditions, dans les profondeurs des roches profondes, que la vie est apparue il y a plus de 3,8 milliards d'années et que ce n'est que plus tard, lorsque l'environnement en surface est devenu propice à l'habitation, qu'elle a maîtrisé l'océan et la terre. Les scientifiques ont depuis longtemps trouvé des traces de vie (fossiles) dans les roches du fond prélevées à de très grandes profondeurs sous la surface du fond. Ils ont collecté de nombreux échantillons dans lesquels ils ont trouvé des micro-organismes vivants. Y compris dans les roches soulevées à des profondeurs de plus de 800 mètres sous le fond de l'océan. Certains échantillons de sédiments étaient vieux de plusieurs millions d’années, ce qui signifiait par exemple qu’une bactérie piégée dans un tel échantillon avait le même âge. Environ un tiers des bactéries découvertes par les scientifiques dans les roches profondes sont vivantes. En l’absence de lumière solaire, la source d’énergie de ces créatures provient de divers processus géochimiques.
La biosphère bactérienne située sous les fonds marins est très vaste et dépasse en nombre toutes les bactéries vivant sur terre. Par conséquent, cela a un effet notable sur les processus géologiques, sur l’équilibre du dioxyde de carbone, etc. Peut-être, suggèrent les chercheurs, sans ces bactéries souterraines, nous n’aurions pas de pétrole et de gaz.
