전공을위한 생물학 II

환경의 비 생물 적 구성 요소와 생물 적 구성 요소를 구별

많은 힘이 생물권의 여러 부분에 존재하는 생물 군집에 영향을줍니다 ( 생명체가 살고있는 지구의 모든 부분). 생물권은 대기 (지구 위 수 킬로미터)와 바다 깊이까지 확장됩니다. 개별 인간에게 명백한 광대 함에도 불구하고, 생물권은 알려진 우주와 비교할 때 단지 1 분의 공간을 차지합니다. 많은 비 생물 적 힘은 생명체가 존재할 수있는 곳과 생물권의 다른 부분에서 발견되는 유기체의 유형에 영향을 미칩니다. 비 생물 적 요인은 기후, 동식물의 분포에 영향을 미칩니다.

생물 지리학

생물 지리학 생물의 지리적 분포와 그 분포에 영향을 미치는 비 생물 적 요인에 대한 연구입니다. 온도 및 강우와 같은 비 생물 적 요인은 주로 위도와 고도에 따라 다릅니다. 이러한 비 생물 적 요인이 변함에 따라 식물과 동물 군집의 구성도 변합니다. 예를 들어 적도에서 여행을 시작하고 북쪽으로 걸어 가면 식물 군집의 점진적인 변화를 알 수 있습니다. 여행을 시작할 때 적도 근처에서 발견되는 식물 군집의 특징 인 활엽수 상록수가있는 열대 우림을 볼 수 있습니다. 북쪽으로 계속 여행하면이 활엽수 상록 식물이 결국 나무가 흩어져 계절에 따라 건조한 숲을 만드는 것을 볼 수 있습니다. 또한 온도와 습기의 변화를 알아 차리기 시작합니다. 북쪽으로 약 30도에서이 숲은 강수량이 적은 사막으로 이동합니다.

북쪽으로 더 이동하면 사막이 초원이나 초원으로 대체되는 것을 볼 수 있습니다. 결국 초원은 낙엽 성 온대림으로 대체됩니다. 이 낙엽 수림은 북극권 남쪽 지역 인 아 북극에서 발견되는 아한 대림으로 이어집니다. 마지막으로 가장 북쪽의 위도에서 발견되는 북극 툰드라에 도달합니다. 북쪽으로가는이 트레킹은 서로 다른 위도에서 발견되는 생태계와 관련된 환경 요인에 적응 한 기후와 유기체 유형의 점진적인 변화를 보여줍니다. 그러나 제트 기류, 걸프 기류 및 해류와 같은 비 생물 적 요인으로 인해 동일한 위도에 다른 생태계가 존재합니다. 산을 오르면 초목에서 볼 수있는 변화는 더 높은 위도로 이동할 때 나타나는 변화와 유사합니다.

종 분포

생물 지리학을 연구하는 생태 학자들은 종 분포. 어디에나 존재하는 종은 없습니다. 예를 들어, 금성 파리통은 노스 캐롤라이나와 사우스 캐롤라이나의 작은 지역에 고유합니다. 고유종은 일반적으로 크기가 제한된 특정 지역에서만 자연적으로 발견되는 종입니다. 다른 종은 일반 주의자들입니다 : 다양한 지리적 지역에 사는 종; 예를 들어, 너구리는 북미와 중미 대부분의 원산지입니다.

종 분포 패턴은 생물 및 비 생물 적 요인과 종 진화에 필요한 매우 긴 기간 동안의 영향에 기반합니다. 따라서 생물 지리학에 대한 초기 연구는 18 세기 진화 적 사고의 출현과 밀접한 관련이 있습니다. 식물과 동물의 가장 독특한 집합체 중 일부는 지리적 장벽으로 인해 수백만 년 동안 물리적으로 분리 된 지역에서 발생합니다. 예를 들어, 생물 학자들은 호주에 60 만 ~ 70 만 종의 식물과 동물이 있다고 추정합니다. 살아있는 식물과 포유류 종의 약 3/4는 호주에서만 발견되는 고유종입니다 (그림 1).

그림 1. 호주에는 많은 고유종이 서식하고 있습니다. 캥거루과의 중간 크기 구성원 인 (a) 왈라비 (Wallabia bicolor)는 주머니가있는 포유류 또는 유대류입니다. (b) 바늘 두더지 (Tachyglossus aculeatus)는 알을 낳는 포유류입니다. (크레딧 a : Derrick Coetzee의 작업 수정; 크레딧 b : Allan Whittome의 작업 수정)

때때로 생태 학자들은 종이 발견되지 않는 곳을 결정하여 독특한 종 분포 패턴을 발견합니다. 예를 들어 하와이에는 토착 지에 파충류 나 양서류가 없으며 토착 육상 포유류 인 백 박쥐가 하나뿐입니다. 또 다른 예로서 대부분의 뉴기니에는 태반 포유류가 없습니다.

식물은 고유종이거나 일반 주의자 일 수 있습니다. 고유 식물은 지구의 특정 지역에서만 발견되는 반면 일반 주의자는 여러 지역에서 발견됩니다. 호주, 하와이, 마다가스카르와 같은 고립 된 육지에는 종종 많은 수의 고유 식물 종이 있습니다. 이 식물 중 일부는 인간 활동으로 인해 멸종 위기에 처해 있습니다. 예를 들어, 산림 치자 나무 (Gardenia brighamii)는 하와이 고유종입니다. 약 15 ~ 20 그루의 나무 만 존재하는 것으로 생각됩니다.

에너지 원

그림 2. 봄의 아름다움은 햇빛을 위해 큰 숲 나무와 경쟁하지 않기 위해 봄에 일찍 꽃을 피우는 일시적인 봄 식물입니다. (출처 : John Beetham)

태양 에너지는 녹색 식물, 조류, 시아 노 박테리아 및 광합성 원생 생물에 의해 포착됩니다. 이 유기체는 태양 에너지를 모든 생물에 필요한 화학 에너지로 변환합니다. 빛 가용성은 광합성 기의 적응 진화에 직접적인 영향을 미치는 중요한 힘이 될 수 있습니다. 예를 들어, 온대 숲의 지하층에있는 식물은 늦봄에 캐노피에서 그 위에있는 나무가 완전히 잎을 내면 그늘이집니다. 당연히 지하 식물은 사용 가능한 빛을 성공적으로 포착하기 위해 적응했습니다. 그러한 적응 중 하나는 봄의 아름다움과 같은 봄 임시 식물의 급속한 성장입니다 (그림 2). 이 봄 꽃은 성장의 대부분을 달성하고 캐노피의 나무가 잎을 개발하기 전 시즌 초반에 수명주기 (재현)를 마칩니다.

수생 생태계에서는 햇빛이 비추기 때문에 빛의 가용성이 제한 될 수 있습니다. 물, 식물, 부유 입자 및 상주 미생물에 흡수됩니다. 호수, 연못, 바다의 바닥에는 빛이 닿지 않는 구역이 있습니다. 광합성은 그곳에서 일어날 수 없으며 결과적으로 생명체가 빛없이 살아남을 수 있도록 많은 적응이 진화했습니다. 예를 들어, 수생 식물은 수면 근처에 광합성 조직을 가지고 있습니다. 예를 들어, 수련의 넓고 떠 다니는 잎을 생각해보십시오. 수련은 빛 없이는 살아남을 수 없습니다. 열수 통풍구와 같은 환경에서 일부 박테리아는 광합성을위한 빛이 없기 때문에 무기 화학 물질에서 에너지를 추출합니다.

그림 3. 해양 융기는 해양의 영양분과 에너지를 재활용하는 중요한 과정입니다. 바람 (녹색 화살표)이 해안으로 밀려 나가면 해저 (빨간색 화살표)의 물이 표면으로 이동하여 해양 깊이에서 영양분을 끌어 올립니다.

영양소의 가용성 수중 시스템은 또한 에너지 또는 광합성의 중요한 측면입니다. 많은 유기체는 바다에서 죽을 때 바다 바닥으로 가라 앉습니다. 이것이 일어날 때, 그 생물체에서 발견 된 에너지는 해양 상승이 일어나지 않는 한 얼마 동안 격리됩니다. 해양 융기는 해안선 근처의 지표수를 따라 우세한 바람이 불 때 발생하는 심해 수의 상승입니다 (그림 3). 바람이 바닷물을 앞쪽으로 밀면 바닷물이이 물을 대체하기 위해 바닷물이 위로 올라갑니다. 그 결과 죽은 유기체에 들어 있던 영양분은 다른 생물이 재사용 할 수있게됩니다.

담수 시스템에서는 기온 변화에 따라 영양분의 재활용이 이루어집니다. 호수 바닥의 영양소는 봄과 가을에 매년 두 번 재활용됩니다. 봄과 가을의 매출액은 담수 생태계의 바닥에서 수역 위로 영양분과 산소를 재활용하는 계절적 과정입니다. 이러한 전환은 온도가 주변 층과 상당히 다른 온도를 가진 물 층인 열암 (thermocline)의 형성으로 인해 발생합니다. 겨울철에는 북부 여러 지역에서 발견되는 호수의 표면이 얼어 붙습니다. 그러나 얼음 아래의 물은 약간 더 따뜻하고 호수 바닥의 물은 더 따뜻하지만 4 ° C에서 5 ° C (39.2 ° F에서 41 ° F)입니다. 물은 4 ° C에서 가장 밀도가 높습니다. 따라서 가장 깊은 물도 가장 밀도가 높습니다. 가장 깊은 물은 호수 바닥의 유기 물질 분해가 사용 가능한 산소를 소모하기 때문에 산소가 부족합니다.이 산소는 표면 얼음층으로 인해 물 속으로 확산되는 산소로 대체 할 수 없습니다.

그림 4. 봄과 가을의 매출액은 심호의 바닥에서 영양분과 산소를 이동시키는 역할을하는 담수호에서 중요한 과정입니다. 맨 위로. 회전율은 물이 4 ° C에서 최대 밀도를 갖기 때문에 발생합니다. 계절이 진행됨에 따라 지표수 온도가 변하고 밀도가 높은 물이 가라 앉습니다.

봄에는 기온이 상승하고 표면의 얼음이 녹습니다. 지표수의 온도가 4 ° C에 도달하기 시작하면 물이 무거워지고 바닥으로 가라 앉습니다. 그런 다음 호수 바닥의 물은 더 무거운 지표수로 옮겨져 정상으로 올라갑니다. 그 물이 위로 올라감에 따라 호수 바닥의 침전물과 영양분도 함께 가져옵니다. 여름철에는 호수의 물이 층층을 이루거나 호수 표면에서 가장 따뜻한 물로 온도 층을 형성합니다.

가을에 기온이 떨어지면 호수 물의 온도가 4 °로 식습니다. 씨; 따라서 이것은 무거운 냉수가 가라 앉고 바닥의 물을 대체함에 따라 낙하 회전율을 유발합니다. 호수 표면의 산소가 풍부한 물은 호수 바닥으로 이동하고 호수 바닥의 영양분은 표면으로 올라갑니다. 겨울 동안 호수 바닥의 산소는 분해기와 물고기와 같이 산소가 필요한 기타 유기체에 의해 사용됩니다.

온도

그림 5. 미드웨이 간헐천 분지에 위치한 옐로 스톤 국립 공원에있는이 다채로운 온천은 미국에서 가장 큰 온천이며 세계에서 세 번째로 큰 온천입니다. 풍부한 색감은 온천 가장자리를 따라 서식하는 고온 성 유기체의 결과입니다.

온도는 물의 밀도와 상태뿐만 아니라 생물의 생리에도 영향을 미칩니다. 온도는 대사 제약으로 인해 0 ° C (32 ° F) 미만의 온도에서 생존 할 수있는 생물이 거의 없기 때문에 생물에 중요한 영향을 미칩니다. 또한 생물이 45 ° C (113 ° F)를 초과하는 온도에서 생존하는 것은 드뭅니다. 이것은 전형적인 온도에 대한 진화 적 반응의 반영입니다. 효소는 좁고 특정 범위의 온도에서 가장 효율적입니다. 효소 분해는 고온에서 발생할 수 있습니다. 따라서 유기체는 내부 온도를 유지하거나 신진 대사를 지원하는 온도 범위 내에서 신체를 유지할 수있는 환경에 거주해야합니다. 일부 동물은 최대 절전 모드 또는 파충류 혼침과 같은 심각한 온도 변화에서 몸이 살아남을 수 있도록 적응했습니다. 유사하게, 일부 박테리아는 간헐천과 같은 매우 더운 온도에서 생존하도록 적응됩니다. 이러한 박테리아는 극한 환경에서 번성하는 유기체의 예입니다.

온도는 생물의 분포를 제한 할 수 있습니다. 온도 변동에 직면 한 동물은 생존을 위해 이동과 같은 적응으로 반응 할 수 있습니다. 한 곳에서 다른 곳으로 이동하는 이주는 계절적으로 추운 기후에 서식하는 많은 동물을 포함하여 많은 동물에서 발견되는 적응입니다. 이동은 온도, 음식 찾기 및 짝 찾기와 관련된 문제를 해결합니다. 예를 들어, 이주 과정에서 북극 제비 갈매기 (Sterna paradisaea)는 남반구의 먹이 장과 북극해의 번식지 사이를 매년 40,000km (24,000 마일) 왕복 비행합니다. 제왕 나비 (Danaus plexippus)는 따뜻한 계절에는 미국 동부에 살고 겨울에는 멕시코와 미국 남부로 이주합니다. 일부 포유류 종은 또한 이동을 시도합니다. 순록 (Rangifer tarandus)은 먹이를 찾기 위해 매년 약 5,000km (3,100 마일)를 이동합니다. 양서류와 파충류는 이동 능력이 부족하기 때문에 분포가 더 제한적입니다. 이주 할 수있는 모든 동물이 그렇게하는 것은 아닙니다. 이주에는 위험이 따르며 높은 에너지 비용이 발생합니다.

그림 6. 다람쥐는 겨울 동안 동면하지만 며칠에 한 번씩 잠에서 빠져 먹습니다.

어떤 동물은 극한의 기온에서 살아 남기 위해 동면하거나 활동합니다. 최대 절전 모드는 동물이 추운 환경에서 살아남을 수있게 해주 며, estivation은 동물이 덥고 건조한 기후의 적대적인 환경에서 생존 할 수 있도록합니다. 동면을하거나 활동을하는 동물은 신진 대사율이 현저히 저하되는 상태 인 토포 (torpor)로 알려진 상태에 들어갑니다. 이것은 동물이 환경이 생존을 더 잘 지원할 때까지 기다릴 수있게합니다. 나무 개구리 (Rana sylvatica)와 같은 일부 양서류는 세포에 부동액과 유사한 화학 물질이있어 세포의 완전성을 유지하고 파열을 방지합니다.

식물 성장에 영향을 미치는 비 생물 적 요인

온도와 수분은 식물 생산 (1 차 생산성)과 식품으로 사용할 수있는 유기물의 양 (순 1 차 생산성)에 중요한 영향을 미칩니다.순 1 차 생산성은 식품으로 사용할 수있는 모든 유기물에 대한 추정치입니다. 연간 고정 탄소의 총량에서 세포 호흡 중에 산화되는 양을 뺀 값으로 계산됩니다. 육상 환경에서 순 1 차 생산성은 뿌리를 제외한 살아있는 식물의 총 질량 인 단위 면적당 지상 바이오 매스를 측정하여 추정됩니다. 이는 지하에 존재하는 식물 바이오 매스의 상당 부분이이 측정에 포함되지 않음을 의미합니다. 순 1 차 생산성은 생물 군계의 차이를 고려할 때 중요한 변수입니다. 매우 생산적인 생물 군계는 높은 수준의 지상 생물량을 가지고 있습니다.

연간 생물량 생산은 환경의 비 생물 적 구성 요소와 직접 관련이 있습니다. 바이오 매스가 가장 많은 환경은 광합성, 식물 성장 및 그에 따른 순 1 차 생산성이 최적화되는 조건을 가지고 있습니다. 이 지역의 기후는 따뜻하고 습합니다. 광합성은 빠른 속도로 진행될 수 있고, 효소는 가장 효율적으로 작동 할 수 있으며, 기공은 과도한 증산의 위험없이 개방 상태를 유지할 수 있습니다. 함께, 이러한 요소들은 최대량의 이산화탄소 (CO2)가 식물로 이동하여 높은 바이오 매스 생산을 초래합니다. 지상 바이오 매스는 서식지와 식량을 포함하여 다른 생물을위한 몇 가지 중요한 자원을 생산합니다. 반대로 건조하고 추운 환경은 광합성 비율이 낮기 때문에 바이오 매스가 적습니다. 그 지역에 사는 동물 군집도 식량의 감소로 인해 영향을받습니다.

무기 영양소 및 토양

질소와 인과 같은 무기 영양소는 분포 및 풍부한 생명체. 식물은 물이 뿌리를 통해 식물로 이동할 때 토양에서 이러한 무기 영양소를 얻습니다. 따라서 토양 구조 (토양 성분의 입자 크기), 토양 pH 및 토양 영양소 함량은 식물 분포에 중요한 역할을합니다. 동물은 먹는 음식에서 무기 영양소를 얻습니다. 따라서 동물 분포는 그들이 먹는 음식의 분포와 관련이 있습니다. 경우에 따라 동물은 환경을 통해 이동할 때 식량 자원을 따릅니다.

물

물은 세포 과정에 중요하기 때문에 모든 생물에 필요합니다. 육상 유기체는 단순한 확산으로 환경에 수분을 잃어 버리기 때문에 수분을 유지하기 위해 많은 적응을 진화 시켰습니다.

• 동물은 수분을 유지하기 위해 기름진 피부 나 큐티클에 덮여 있습니다.
• 식물은 잎 털과 왁스 같은 큐티클과 같이 잎에 많은 흥미로운 특징을 가지고있어 증발을 통한 수분 손실률을 줄이는 역할을합니다.

포위 된 유기체 물은 물 불균형에 영향을받지 않습니다. 그들 역시 세포 안팎의 물을 관리하는 독특한 적응을 가지고 있습니다.

• 담수 유기체는 물에 둘러싸여 있으며 삼투로 인해 세포로 물이 쏟아 질 위험에 항상 노출되어 있습니다. 담수 환경에 사는 유기체의 많은 적응은 체내 용질 농도가 적절한 수준으로 유지되도록 진화했습니다. 그러한 적응 중 하나는 묽은 소변의 배설입니다. 묽은 소변은 용질 농도가 낮고 대부분 물이므로 과도한 물을 배출 할 수 있습니다.
• 해양 생물은 용질 농도가 유기체보다 높은 물로 둘러싸여있어 위험에 처해 있습니다. 삼투로 인해 환경에 물을 잃습니다. 이 유기체는 물을 보유하고 용질을 환경으로 방출하기 위해 형태 학적 및 생리 학적 적응을 가지고 있습니다. 예를 들어, 해양 이구아나 (Amblyrhynchus cristatus)는 바다에서 수영하고 해양 식물을 먹는 동안 용질 농도를 허용 가능한 범위 내로 유지하기 위해 염분이 높은 수증기를 재채기합니다.

기타 수생 요인

산소와 같은 일부 비 생물 적 요인은 수생 생태계와 육상 환경에서 중요합니다. 육지 동물은 호흡하는 공기에서 산소를 얻습니다. 산소 가용성은 매우 높은 고도에 사는 유기체에게 문제가 될 수 있지만, 공기 중에 산소 분자가 더 적습니다. 수중 시스템에서 용존 산소의 농도는 수온 및 물이 움직이는 속도와 관련이 있습니다. 찬물은 따뜻한 물보다 용존 산소가 더 많습니다. 또한 염분, 해류 및 조수는 수생 생태계에서 중요한 비 생물 적 요인이 될 수 있습니다.

기타 육상 요인

그림 7. 산불과 같이 고온에 노출되었을 때만 잭 소나무의 성숙한 원뿔이 열립니다. (credit : USDA)

바람은 증발과 증발 속도에 영향을 미치기 때문에 중요한 비 생물 적 요인이 될 수 있습니다.바람의 물리적 힘은 토양, 물 또는 기타 비 생물 적 요인은 물론 생태계의 유기체를 이동할 수 있기 때문에 중요합니다.

화재는 지상파 교란의 중요한 요인이 될 수있는 또 다른 지상 요인입니다. 생태계. 일부 유기체는 화재에 적합하므로 수명주기의 일부를 완료하려면 화재와 관련된 높은 열이 필요합니다. 예를 들어, 침엽수 나무 인 잭 소나무 (Pinus banksiana)는 씨앗 원뿔이 열리기 위해 불에서 열이 필요합니다. 화재는 대부분의 식물을 죽일 가능성이 높으므로 화재 후 발아하는 묘목은 정상적인 조건에서 발아하는 묘목보다 충분한 햇빛을받을 가능성이 높습니다. 솔잎을 태우면서 불은 토양에 질소를 추가하고 덤불을 파괴하여 경쟁을 제한합니다.

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