Протоплазма живая материя клеток животных и растений на 90 процентов состоит из воды – без достаточного количества влаги не может быть жизни. Приспособление растений к недостатку влаги особенно важно. Вода во многом влияет на наземных животных и растения.
Влажность воздуха также важна для контроля потери воды через кожу, легкие у животных и листья у растений. Все животные нуждаются в той или иной форме воды в пище или в качестве питья для работы своих выделительных систем.
Растения имеют внутреннюю водопроводную систему – параллельные трубки из мертвой ткани, называемые ксилемой, – которая переносит воду от кончиков корней до листьев. Приспособление растений к недостатку влаги произошло по мере эволюции.
Вся система растений полна воды под напряжением (капиллярное давление). Если уровня влаги будет недостаточно растение погибает – прорастание может потерпеть неудачу, всходы могут не укорениться, и, если падение произойдет во время цветения, урожайность семян может быть сильно снижена.
Чрезмерное падение водного стресса убивает растения, как знает любой, кто пытался выращивать растения во время засухи.
Биоклиматы способствовали приспособлению растений к недостатку влаги
На суше осадки снабжают водой экосистемы. Растения не могут использовать все осадки. Значительная часть осадков испаряется и возвращается в атмосферу. По этой причине доступная влага является лучшим проводником в наземной экосистеме.
Этот момент легко понять на примере: Среднегодовое количество осадков в 400 мм может поддерживать лес в средней полосе, где испарение низкое, но в Танзании, где испарение высокое, оно может только поддерживать сухую саванну.
Доступная влага в значительной степени определяет уровень воды в почве, что, в свою очередь, в значительной степени влияет на рост. Чтобы происходил фотосинтез у растений и они использовали солнечную энергию для роста, вода должна быть доступна. Без воды солнечная энергия будет просто нагревать и «сожжёт» растение. Точно так же, чтобы растение использовало воду для роста, солнечная энергия должна быть доступна. Без источника энергии вода будет стекать в почву или стекать неиспользованной. По этим причинам температура (как мера энергии) и влажность являются основными ограничивающими факторами, которые действуют в тандеме. В тропических районах температура всегда достаточно высока для роста растений, а осадки являются ограничивающим фактором. В холодных условиях вода обычно доступна для роста растений в течение большей части года – низкие температуры являются ограничивающим фактором. Это верно и в отношении ограничивающих факторов в горах, где тепло или вода (или и то, и другое) устанавливают нижние высотные пределы, а отсутствие тепла устанавливает верхние высотные пределы.
Осадки и температура настолько важны, что некоторые исследователи используют их для характеристики биоклимата. Биоклимат-это аспекты климата, которые кажутся наиболее важными для живых существ. Наиболее широко используемой биоклиматической классификацией является «климатическая диаграмма» включая сезонный цикл осадков.
Влажные среды
Растения очень чувствительны к уровню влаги.
- Гидрофиты-это водные растения, которые укореняются в стоячей воде.
- Гелофиты-болотные растения.
- Мезофиты-это растения, которые живут в обычно влажных, но не во влажных условиях.
- Ксерофиты-это растения, которые живут в сухих условиях.
Водно-болотные угодья поддерживают гидрофиты и гелофиты. Растение водный лютик и болотная водоросль являются гидрофитами; трилистник птичья лапка — гелофит. Эти растения умудряются выживать, развивая систему воздушных пространств в своих корнях, стеблях или листьях.
Воздушные пространства обеспечивают плавучесть и улучшают внутреннюю вентиляцию.
Мезофиты сильно различаются по своей способности переносить наводнения. Низменные лиственные леса занимают болота и поймы рек где растут мезофиты. Они содержат набор видов деревьев которые могут выжить в затопленной среде обитания. Водное тупело или растение нисса, которое встречается в донных лесах, хорошо приспособлено к таким влажным условиям.
Наводнения или высокий уровень влажности почвы могут вызвать сезонные изменения в распределении млекопитающих.
Многие организмы полностью адаптированы к водной среде. Колонизация суши-это геологически недавнее событие. Некоторые позвоночные вернулись к водному существованию. Те, кто возвращается в воду, включают крокодилов, черепах, вымерших плезиозавров и ихтиозавров, тюленей и китов. Некоторые, в том числе выдра, приняли полуводный образ жизни.
Сухие среды
Растения очень чувствительны к засухе, а засушливость создает проблему выживания. Тем не менее, влияние температуры на растения также отразилось на их развитии. Некоторые виды водорослей растут в чрезвычайно сухой и жаркой пустыне Гоби (на территории Монголии и Китая).
Высшие растения выживают в засушливых условиях за счет ксерофитной адаптации – засушливые земли поддерживают ксерофиты. Одним из способов выживания является простое предотвращение засухи в виде семян (плювиотерофиты) или в виде подземных органов хранения (луковицы, клубни или корневища). Другие ксерофитные адаптации позволяют растениям удерживать достаточное количество воды, чтобы их протопласты оставались влажными, что позволяет избежать высыхания. Вода удерживается несколькими механизмами.
Очень эффективным механизмом является хранение воды.
Суккуленты-это растения, которые хранят воду в листьях, стеблях или корнях. Примерами приспособления растений к недостатку влаги являются кактус сагуаро и бочкообразный кактус. Бочкообразный кактус хранит так много влаги, что индейцы и другие жители пустыни использовали его в качестве аварийного источника воды.
Многие суккуленты имеют путь метаболизма крассулацеевой кислоты для усвоения углекислого газа. Этот вид фотосинтеза включает в себя прием углекислого газа ночью с широко открытыми устьицами, а затем использование в течение дня с закрытыми устьицами для защиты от потерь. Другие ксерофиты которые живут в сухих условиях (иногда их считают настоящими ксерофитами) не накапливают воду, но разработали очень эффективные способы уменьшения потерь воды – листья с толстыми кутикулы, впалые и более мелкие устьица, листья, опадающие в засушливые периоды, улучшенное поглощение воды через широко распространяющиеся или глубоко проникающие корневые системы и улучшенную проводимость воды.
Большая полынь — пример настоящего ксерофита. Ларрея трехзубчатая или креазотовый куст просто переносит засуху, перестав расти, когда вода недоступна.
Приспособление растений к недостатку влаги по своей способности различается. Хуже всего страдают молодые растения. Устойчивость к засухе измеряется конкретным временем выживания (временем между моментом, когда корни больше не могут поглощать воду, и началом повреждения при высыхании).
Конкретное время выживания без воды растениями составляет 1000 часов для кактуса опунции, 50 часов для сосны шотландской, 16 часов для дуба, 2 часа для бука и 1 час для незабудки.
