Тундра: примеры адаптации растений и животных к холодному климату
Экосистема арктической тундры, расположенная на крайнем севере полярной области мира, характеризуется низкими температурами, мёрзлой почвой, оттаивающей только летом и только сверху, и суровыми условиями для жизни.
Содержание скрыть 1Микроорганизмы 2Растения тундры: примеры адаптации 3Животные тундры: примеры адаптации 4Приспособленность животных альпийской (горной) тундры 5Адаптации птиц к условиям тундры 6Насекомые в условиях тундры
Микроорганизмы
Микробные сообщества тундры активны даже под снегом. Но и их состав резко меняется от зимы и весны к лету в ответ на изменения температуры почвы, влажности, доступа воздуха и углеродсодержащих субстратов. Микробы и грибы играют ключевую роль в биогеохимических процессах, таких как регенерация питательных веществ для растений и углеродный цикл.
Растения тундры: примеры адаптации
В арктических и альпийских тундровых экосистемах растительные сообщества находятся под влиянием не только сурового климата, но и его производных: вечной мерзлоты (затрудняющей дренаж почвы), толщины снежного покрова и времени его таяния, а также локальных микроклиматов, которые отличаются друг от друга температурой, интенсивностью ветра, влажностью почвы и плодородием почвы.
▶ На пологих склонах с развитым плодородным слоем почвы встречаются обширные луга. На продуваемых ветрами хребтах преобладают плотные и медленнорастущие растения-подушки, (например, смолёвка бесстебельная). Даже сильный ветер не ломает их короткие, густо растущие побеги. На скалистых склонах и вершинах умудряются расти лишайники и мхи. Сосудистые растения обычно остаются чуть ниже снеговой линии.
▶ Деревья лесной линии тундры – в основном хвойные, так как хвоя испаряет гораздо меньше влаги и позволяет деревьям переносить безводную зиму, не наращивая листья заново каждую весну. В основном здесь растут ели (Picea), пихты (Abies) и сосны (Pinus), разбавленные очень небольшим количеством лиственных (карликовая берёза, полярная ива). Невысокие (менее 60 см.) ивовые заросли распространены вдоль ручьев, с подветренной стороны скал, а также в бассейнах или на подветренной стороне хребтов, где сугробы защищают их от вымерзания зимой.
▶ Поскольку рост растений ограничен двумя-четырьмя месяцами в году, большинство из тундровых растений – многолетники.
▶ Из-за того, что лето очень короткое, растения приспособились размножаться очень быстро: зацветают в течение нескольких дней после того, как начинает таять снег, а семена созревают всего за 4-6 недель. четырех-шести недель. Некоторые растения, которые замерзают во время цветения при внезапных заморозках, продолжают развиваться и давать семена после оттаивания (например, ложечница арктическая).
▶ Приземистые растения выигрывают не только в защите от ветров. Они ещё и цветут первыми, потому что они находятся в более тёплых слоях воздуха вблизи поверхности почвы.
▶ Многие растения имеют небольшие восковые листья, чтобы предотвратить потерю воды в засушливых местностях.
▶ Такие растения, как арктический мак, имеют крупные чашевидные цветы, которые движутся вместе с солнцем. Чашка позволяет большему количеству солнечного света фокусироваться на середине цветка; и это тепло помогает ему развиваться быстрее.
▶ Опушённые цветоносы хлопчатника (Eriophorum), пустырника (Pedicularis), эдельвейса и ивы сохраняют теплый воздух, повышая температуру вблизи стеблей на 3-9 °C. Эта способность является важной адаптацией для цветения в районах, где температура воздуха может то и дело приближаться к точке замерзания.
▶ Многие растения дают мало семян, предпочитая размножаться более надёжным вегетативным способом (например, ряд арктических видов вересковых).
▶ Несколько видов производят луковицы, которые развивают корни и побеги, прежде чем отделятся от родительского растения. Кроме того, накопленный в луковице с осени запас питательных веществ позволяет очень быстро развиваться весной.
▶ Многие растения тундры окрашены в красноватые и коричневатые тона, что помогает им лучше прогреваться от солнца.
Животные тундры: примеры адаптации
Животные низинной тундры, по-видимому, жили в Европе уже миллион лет назад, в середине эпохи плейстоцена, а позже мигрировали в Северную Америку по Берингову Сухопутному мосту. В результате этой миграции многие из распространённых арктических животных стали циркумполярными, то есть их ареал обитания опоясывает земной шар в пределах полярной зоны. К таким животным относятся белый медведь (Ursus maritimus), песец (Alopex lagopus), арктический волк (Canis lupus), арктический заяц (Lepus arcticus), арктическая ласка (Mustela), снежная сова (Nyctea scandiaca), несколько видов леммингов (Arvicolinae) и куропаток (Lagopus), а также ряд видов водоплавающих птиц.
▶ Являясь основой рациона для большого количества хищников, мелкие млекопитающие арктической тундры вынуждены быть очень плодовитыми. Знамениты в этом отношении лемминги, численность которых в некоторых регионах достигает пика каждые три-пять лет. Эти зверьки остаются активными всю зиму, живя и размножаясь под снегом, где они питаются корнями трав и осоки.
Популяции хищников, таких как поморники, совы и лисы увеличиваются и уменьшаются вслед за колебанием численности леммингов. Снежные совы просто мигрируют в лесной пояс, когда грызунов становится мало, но популяция лисиц значительно сокращается. С другой стороны, когда наступает пик численности леммингов, и без того небогатая растительность становится скудной, и большое количество леммингов отправляется в миграцию. Вопреки распространённому стереотипу, грызуны вовсе не бегут к морю, желая покончить с собой, а просто ищут новую кормовую базу.
▶ Характерными травоядными животными арктической тундры являются северный олень (в Северной Америке известный как карибу) и овцебык. Эти животные довольно крупные, и размер их тела даёт преимущество: площадь поверхности меньше по сравнению с объемом и, следовательно, тепло рассеивается менее интенсивно. Интересно, что уши у этих животных в разы меньше, чем у других парнокопытных того же размера.
▶ Северные олени вооружены длинными острыми копытами, которые позволяют им не проваливаться в сугробы и копать снег, чтобы доставать из-под него лишайники и траву.
▶ Северный олень показывает необычный пример приспособленности к полярной зиме: каждый год цвет его глаз меняется от жёлтого к тёмно-синему. Длинной полярной ночью органы зрения оленя становятся в сотни раз более чувствительными. Хотя острота зрения снижается, рассеивание коротких волн синего спектра позволяет животным обнаружить движение хищника в почти полной темноте.
▶ Многие тундровые животные (лисы, зайцы, куропатки) зимой переодеваются в белые шубы. Камуфляж помогает как хищнику, так и жертве: хищники могут подкрасться незаметно, а добыча может легко спрятаться в снегу.
▶ Белый медведь носит белое круглый год, но под камуфлирующей шерстью скрывается абсолютно чёрная кожа, которая помогает ему максимально эффективно согреваться от солнца.
▶ Белые медведи обычно не засыпают на зиму, как их бурые родственники, потому что именно зимой у них наступает сытая жизнь: на льду им удобнее охотиться на ластоногих. Исключение – беременная самка, которой приходится жертвовать зимней охотой ради продолжения рода.
▶ Важная адаптация медведей – отложенная беременность или эмбриональная диапауза. Сразу после оплодотворения (это происходит весной) эмбрионы не развиваются. Только во время спячки начинается их активный рост. Медвежата обычно рождаются в ноябре-январе, а в берлоге остаются до февраля-марта.
Приспособленность животных альпийской (горной) тундры
▶ Многие млекопитающие и другие животные, обитающие в альпийских тундрах, не приспособлены к круглогодичной альпийской жизни. Вместо этого они следуют вертикальной миграции, спускаясь в лесную среду зимой и возвращаясь на высоты летом. Такая поведенческая адаптация свойственна для горных баранов (Ovis canadensis), козерогов, серн, многих птиц. За ними следуют хищники.
▶ В отличие от млекопитающих арктической тундры, некоторые обитатели горной тундры впадают в зимнюю спячку – сурки, суслики, грызуны семейства полутушканчиковых.
▶ Другие мелкие млекопитающие, такие как пищухи и полёвки, запасают в своих норах корм, чтобы питаться им зимой.
Адаптации птиц к условиям тундры
▶ Большинство птиц тундры сезонно мигрируют на юг, оставаясь в родных краях только для выведения потомства и линьки.
▶ Одним из исключений является куропатка, которая зимой переходит на вегетарианскую диету: питается почками ивы и другой растительностью, которую удастся отыскать. У куропаток лапки покрыты густыми перьями, которые обеспечивают некоторую изоляцию от зимнего снега и льда.
Насекомые в условиях тундры
Хотя количество видов насекомых в тундре невелико по сравнению с умеренными регионами, те, которые сумели приспособиться, процветают.
▶ Арктические насекомые научились в некоторой степени сопротивляться замерзанию. Некоторые из них, например, комары, накапливают глицерин, который действует как “антифриз” для снижения температуры замерзания.
▶ Многие тундровые насекомые и пауки имеют тёмный окрас, который поглощает больше солнечного света и позволяет этим животным поддерживать более высокую температуру тела.
▶ Некоторые из тундровых видов черных мух и комаров научились обходиться при размножении без крови млекопитающих, в отличие от их родичей из умеренного региона.
В арктических и альпийских тундрах число видов растений и животных обычно невелико по сравнению с другими регионами, при этом число особей одного вида значительно. Пищевые связи довольно просты, и они в большей степени подвержены нарушению, если критически важный вид исчезает или уменьшается в численности. Несмотря на суровость климата, тундра – хрупкая экосистема, и её сохранение является важной задачей для человечества.
