|
==המים כגורם מגביל==
צמח הגדל באזור שבו המים הם גורם משמעותי (כמו למשל ב[[מדבר]]), יפתח דרכי חיסכון שונות שונות כדי לשרוד את ה[[דיות]] (אידוי המים מהצמח) המוגבר שגורמות ה[[רוח|רוחות]] והקרינה.
===דרכי התמודדות עם מחסור במים===
נמצאות בשימוש בעיקר אצל צמחי מדבר.
#מערכת [[שורש (בוטניקה)|שורשים]] מסועפת במיוחד המאפשרת [[שטח פנים]] גדול יותר וקליטת מים יעילה יותר.
#[[צמרת]] רחבה ושטוחה המצלה על האדמה ולמנוע התנדפות מים מה[[קרקע]].
#[[עלווה|עלוות]] [[קיץ]] מועטת בעלת [[עלה|עלים]] קטנים המונעת איבוד מים משטח העלה (שטח הדיות קטן יותר).
#[[פיוניות]] המופנות כלפי מטה המונעות דיות של המים מתוכן.
#פיוניות הנפתחות רק בלילה המאפשרות [[פוטוסינתזה]] (באמצעות [[אנרגיה]] שנקלטה במהלך היום) באיבוד מופחת של מים (שכן בלילה ה[[טמפרטורה]] נמוכות יותר ואין [[קרינה]]).
#פיוניות שקועות בתוך ה[[גבעול]] הלוכדות את המים מבלי לאפשר להם יציאה.
#[[הורמון]] צמחי המנביט את ה[[זרע (בוטניקה)|זרע]] אך רק בתגובה לכמויות מסוימות של מים בסביבתו. ההורמון מווסת את ה[[נבט|נביטה]] על פי כמויות המים.
==הטמפרטורה כגורם מגביל==
ה[[טמפרטורה]] היא גורם מגביל ב[[הר|הרים]] ובמקומות קרים שבהם ה[[אורגניזם|אורגניזמים]] מותאמים אליה. ישנו טווח טמפרטורה שהכרחית לקיום תהליכים [[אנזים|אנזימטיים]] והטווח שונה מעט מאורגניזם לאורגניזם. טווח זה נקרא טמפרטורה אופטימליתמיטבית. ככל שהיצור מפותח יותר מבחינה [[אבולוציה|אבולוציוניתהתפתחותית]], גופו מתפקד בצורה טובה יותר והוא בעל מנגנוני ויסות טמפרטורה יעילים יותר השומרים על יציבות טמפרטורת גופו של האורגניזם.
===הטמפרטורה כגורם משפיע על האורגניזמים בבית הגידול===
מבחינת ויסות הטמפרטורה, מתחלקים בעלי החיים לשתי קבוצות עיקריות:
#[[פויקילותרמי|פויקילותרמיים]] שכוללים את כל [[חסרי חוליות|חסרי החוליות]], ומבין [[בעלי חוליות|בעלי החוליות]] הם כוללים את ה[[דג]]ים, ה[[דו-חיים]] וה[[זוחלים]]. הפויקילותרמיים הם חסרי מנגנון ויסות טמפרטורה פנימי. ויסות הטמפרטורה נעשה על ידי תנועה לאזור חם או קר יותר. לדוגמה: [[לטאה|לטאות]] חושפות את עצמן ל[[השמש|שמש]] כדי להתחמם וכאשר הטמפרטורה גבוהה מידי הן עומדות גבוה על רגליהן כדי להרחיק את גופן מן ה[[סלע]].
#ה[[הומאותרמי|הומאותרמיים]] שכוללים [[עופות]] ו[[יונק]]ים. ההומאותרמיים הם בעלי מנגנון ויסות טמפרטורה פנימי. שינוי בטמפרטורת גופם גורם להפרשת הורמונים ל[[דם]], השפעתם יכולה להתבטא בזירוז או האטת ייצור החום ברקמות. בנוסף, הם מווסתים את טמפרטורת גופם על ידי צמצום הפסדי החום אל הסביבה והגברת קליטת החום ממנה. יונקים למשל לרוב מגדלים [[פרווה]] סמיכה וארוכה יותר בחורף לעומת פרווה קצרה ודלילה יותר בקיץ.
===השפעת הטמפרטורה על צריכת החמצן===
*בפויקילותרמיים צריכת ה[[חמצן]] משתנה בהתאם לטמפרטורה כדי לאפשר ויסות חום.
*בהומאותרמיים צריכת החמצן יורדת ככל שהטמפרטורה עולה, כדי לייצר פחות חום בתהליכי שריפה, אך מטמפרטורה מסוימת, צריכת החמצן אינה משתנה כדי לא לרדת לרמה מסוכנת.
*התחום שבו צריכת החמצן אינה משתנה והטמפרטורה היא אופטימלית נקרא "התחום התרמונייטרלי". לרוב, התחום התרמונייטרלי נע בין 25 ל-35 [[מעלות צלזיוס]].
==הרוח כגורם מגביל==
ה[[רוח]] נחשבת לגורם מגביל מכיוון שיש לה השפעות רבות על [[בית גידול|בית הגידול]], על אף שבניגוד לשאר הגורמים המגבילים, מחסור ברוח אינו פוגע באורגניזמים החיים בבית הגידול, למרות זאת, יש לרוח יתרונות בהבטחת המשכיות בית הגידול והפצת האורגניזמים שבו לבתי גידול נוספים.
===השפעות ישירות של הרוח על בית הגידול===
#רוח חזקה הפוגעת ב[[עץ|עץ]] עלולה לשבור את ענפיו או אף לעקור אותו מהקרקע.
#גרגירי ה[[חול]] הנסחפים עם הרוח ופוגעים בעלים, גורמים לשחיקה ולפציעה של שטח פני העלה ועלולים לגרום להתייבשותו ולמותו.
#למרות הנזק הרוח מועילה, למשל, בהפצת גרגירי [[אבקה]], [[פרי|פירות]] וזרעים והפצת [[חרקים]] זעירים.
===השפעות פיזיולוגיות של הרוח על האורגניזמים בבית הגידול===
*'''בצמחים:'''
#הרוח גורמת להגברת ה[[דיות]], הנובעת מכך שהרוח מרחיקה מפני העלה את שכבת האוויר הלחה ומפל הריכוזים גדל. כאשר מפל הריכוזים גדל, [[אדי מים]] נוספים נפלטים מפתח הפיוניות.
#הרוח גם מקררת את העלה בשעה שהדיות מוגבל.
*'''בבעלי חיים:'''
#הרוח מגבירה את אידוי ה[[זיעה]] וגורמת לירידת טמפרטורה הגוף. כאשר הרוח מקררת את הגוף, על בעל החיים להתחמם ולשם כך עליו להשקיע אנרגיה רבה בחימום המים שבו. האנרגיה נפלטת בחום מתוך הגוף.
#רוח חזקה עלולה להעיף את העלים ממקומות המסתור של יונקים קטנים ובכך להזיק למקום המחסה שלהם.
#[[נדידת עופות|מסלולי הנדידה]] של עופות נודדים גובשו במהלך האבולוציה בהתאמה לזרמי האוויר במסלולי הנדידה. מסלולי הנדידה ארוכים דרך היבשה ולא קצרים דרך הים מכיוון שהאוויר שמעל היבשה חם יותר ומאפשר להן לדאות ולחסוך באנרגיה מאשר לעוף ולהתעייף.
==האור כגורם מגביל==
ה[[אור]] הוא קרינה החיונית לקיום תהליכי חיים בצמחים באופן כללי. בפרט, [[אנרגיה|אנרגיית]] האור שנקלטת בגופיפי ה[[פיגמנטצבען|צבענים]]ים של ה[[צמח]] משמשת בתהליך ה[[פוטוסינתזה]], שחיוני לצמח לשם יצירת אנרגיה הדרושה לקיומו.
===התאמות אורגניזמים למחסור באור===
במקומות חשוכים, כמו למשל השכבות העמוקות ביותר של הים או מערות החבויות באדמה, אין מספיק אור או שאין אור כלל. בעלי החיים באופן כללי זקוקים לאור כדי לראות וכדי לייצר [[ויטמין|ויטמינים]] שונים (האדם למשל מייצר [[ויטמין D]] שחיוני לספיגת ה[[סידן]] ב[[עצם|עצמות]], בנוכחות אור). צמחים זקוקים לאור לשם פוטוסינתזה. לשם כך פיתחו האורגניזמים החיים במקומות אלו כלים שונים להתמודדות עם המחסור באור.
====התאמות צמחים====
*ב[[ספקטרום]] [[אור השמש]], [[אורך גל|אורכי הגל]] [[ירוק]] ו[[צהוב]] הם בעלי עוצמה גבוהה בהרבה מאשר כחול או אדום, ולכן צמחי היבשה משתמשים בפיגמנטים ירוקים וצהובים ([[כלורופיל|כלורופילים]]) כדי להחזיר את הקרינה הירוקה והצהובה ולקלוט את הקרינה ה[[אדום|אדומה]], ה[[כתום|כתומה]], ה[[כחול|כחולה]] וה[[סגול|סגולה]].
*אורכי הגל שעוצמתם פחותה אינם חודרים עמוק אל תוך מי הים, לכן צמחי המים פיתחו פיגמנטים אדומים וכתומים ([[קארוטן|קארוטנים]]) ופיגמנטים כחולים ו[[סגול|סגולים]] ([[אנתוציאנין|אנתוציאנינים]]). פיגמנטים אלו מחזירים את אורכי הגל הללו אך קולטים את אורכי הגל ירוק וצהוב שחודרים היטב (לעומת השאר) אל שכבות המים העמוקות.
*[[קרקע|אדמת]] [[יער גשם טרופי|יער הגשם]] ענייה באור מכיוון שצומחים בה עצים גבוהים בעלי כיפות רחבות, המסתירים את הצמחים הנמוכים מהם ומונעים מהם אור. הצמחים החיים על קרקעית היער פיתחו מספר שיטות להישרדות:
#עליהם של הצמחים רחבים וארוכים מאוד כדי לקלוט כל קרן אור שמצליחה לחדור מבעד לעצים.
#צמחים טורפים ביטלו את הצורך בפוטוסינתזה על ידי כך שהם ניזונים מחרקים ומפרישים אנזימי עיכול המשחררים מהחרקים את האנרגיה הדרושה להם.
#[[שרך|שרכים]] מסוימים הפכו לצמחים מטפסים כדי לטפס על העצים ולהגיע לצמרותיהם כדי להיחשף לאור.
#[[צמח מטפס|צמחים מטפסים]] אחרים ופטריות פשוט נצמדים לעצים ויונקים מהם את כל החומרים הדרושים להם לשם קיום.
#ה[[פטרייה|פטריות]] אף אינן מייצרות פיגמנט, צבען [[לבן]] והן גדלות קרוב ל[[שורש (בוטניקה)|שורשים]] של העצים, היכן שמקורות ההזנה עשירים ביותר.
====התאמות בעלי חיים====
התאמת בעלי חיים ימיים לעומת בעלי חיים יבשתיים למחסור באור משתנה בהתאם לתנאים.
*בעלי חיים ימיים:
#בקרקעית הים, בשכבות העמוקות ביותר של המים, היכן שהאור החודר כל-כך מועט עד שהמים חשוכים לחלוטין, ישנם מינים שונים של דגים בעלי איברים מיוחדים המכילים תרכובות זרחניות המאירות את המים. תופעה זו היא היחידה בטבע של פליטת אור קר (בדרך כלל תהליכים המפיצים אור מלווים גם בהפצת [[חום (פיזיקה)|חום]]).
#מינים של דגים כגון [[כריש|כרישים]], פיתחו מנגנון הרגיש לשדות חשמליים והם מוצאים את דרכם ואת מזונם באמצעות שימוש באותם שדות חשמליים.
#יונקים ימיים כגון [[דולפין|דולפינים]] ו[[לווייתנאים|לווייתנים]] משתמשים במערכת על-קולית ([[סונאר]] או Echo Location) המסתמכת על ה[[הד]] החוזר מעצמים הנמצאים בקרבתם. ליונק הימי שמשתמש ב[[סונאר]] (בולט בעיקר אצל דולפינים) ישנה בלוטה מעל הראש המפיקה צלילים בתדרים מסוימים. התדרים הללו חוזרים באמצעות הד מעצמים ואורגניזמים הנמצאים בקרבת הדולפינים. ההד נקלט ב[[גולגולת]] הדולפין וה[[מוח]] מפרש את הנתונים שנתקבלו - את הזמן שלקח להד לחזור, את המרחק שהוא עבר וכדומה, לתמונה אחת.
*בעלי חיים יבשתיים:
#במערות חשוכות חיים מינים של [[סרטנאים|סרטנים]], דגיגים ו[[זוחלים]] שמהלך האבולוציה וויתרו על עיניהם ועל הפיגמנטים שבגופם כיוון שממילא אין אור. הם מוצאים את דרכים באמצעות חושים אחרים כגון חוש המישוש.
#[[גחלילית|גחליליות]] ומספר מיני חרקים נוספים משתמשים בתרכובות זרחניות כדי להאיר את דרכן בחושך אך גם לשם חיזור (כאשר החרק מחזר, מופרשים הורמוני מין - [[פרומון|פרומונים]]).
#[[עטלף|עטלפים]] משתמשים במערכת סונאר, כמו זו של היונקים הימיים, כדי לאתר עצמים בסביבתם וכמו כן את טרפם. בניגוד לסביבה מימית, באוויר תנודות הקול עוברות מהר יותר ולכן העטלף מסוגל לקלוט גם משק [[כנף|כנפיים]] של [[פרפר]] ללא שימוש בהד שהוא יוצר בעצמו. בנוסף, לעטלף יש [[אוזן|אזניים]] מאוד גדולות ביחס לגוף שהמבנה שלהן הוא מעין [[משפך]] המרכז את כל ה[[צליל|צלילים]] למוחו.
#[[בעלי חוליות]] רבים, כגון [[חתול]]ים ו[[אייליים]], משתמשים ב[[שכבה מחזירת אור]] הנמצאת מאחורי ה[[רשתית]] כדי [[החזרת אור|להחזיר]] אליה חלק מהאור החומק דרכה.
#בחשיכה, ה[[קשתית]] נמתחת כדי לאפשר חדירה מרבית של קרני האור המעטות דרך ה[[אישון]] המורחב.
==החמצן כגורם מגביל==
#[[פקולטטיבי|פקולטטיבים]] - מתקיימים בדרגות שונות של ריווי חמצן והחמצן לגביהם הוא גורם מגביל בהתאם לרמת הצריכה שלהם.
המאמר מתרכז באורגניזמים האירובים אובליגטורים.
===התאמות האורגניזמים לקליטת החמצן===
*ב[[חד תאי|חד-תאיים]] קליטת החמצן נעשית באמצעות [[דיפוזיה]].
*ב[[רב תאי|רב תאיים]] ישנה [[דיפרנציאציה]] שהיא חלוקת תפקידים בין התאים. כיוון שהיצור רב תאי וכל התאים חשופים למגע עם הסביבה החיצונית (כמו אצל החד-תאיים למשל), התפתחה בין התאים תלות הדדית. דוגמאות לתלות הדדית:
**ה[[ריאות]] בנויות מתאים קולטי חמצן הבונים את [[מערכת הנשימה]] ומהן החמצן מובל לשאר תאי הגוף.
**תפקידה של [[מערכת העיכול]] הוא לפרק את המזון וממנה יגיע המזון אל שאר תאי הגוף.
====מערכות הובלת חמצן באורגניזמים רב-תאיים====
#[[מערכת הדם]] (אצל יונקים וזוחלים) שמעבירה את החמצן מהריאות לשאר תאי הגוף.
#מערכת ישירה (אצל חרקים) שבה החמצן מגיע דרך דרך ה[[טרכיאות]] (פתחי נשימה מרובים בגוף החרק) ומובל אוטומטית לכל התאים. למעשה מערכת הנשימה של החרק נמצאת בכל הגוף ואינה מרוכזת באזור מסוים כמו במערכת הדם.
#מערכת [[זימים]] (אצל דגים ודו-חיים) - מערכת נשימה דמוית ריאה שבה חילוף הגזים מתבצע בזימים במקום מהאף אל הריאות. למרות שגם במערכת זו יש שימוש במערכת הדם, מערכת זו נחשבת נפרדת בשל חילוף הגזים המתבצע בזימים.
#נשימה עורית מתגברת את הנשימה הריאתית והזימית בדו-חיים.
====התאמות אורגניזמים לנשימת חמצן====
ליצורים יבשתיים החמצן אינו מהווה גורם מגביל, משום שהם נמצאים בסביבה עשירה באוויר, שריכוז החמצן בו הוא 20% בקירוב. לעומת היבשה, אחוז החמצן במים הוא 0.6%, מכיוון שמסיסותו במים נמוכה מאוד. החמצן הוא גורם מגביל קריטי ליצורים הימיים והם פיתחו כלפיו מספר התאמות. ההתאמות הבאות קיימות במגוון אורגניזמים ולא רק באורגניזמים ימיים:
#ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, כך ריכוז החמצן במים גדל. בחורף ישנו הבדל ניכר בריכוז החמצן בשכבות המים העליונות שהוא ריכוז גבוה יחסית לעומת שכבות המים התחתונות שבו הריכוז צונח לכמעט 0% ולכן יעדיפו בעלי הזימים להימצא בשכבות המים העליונות בחורף. בקיץ לעומת זאת, ההבדל בין שכבות קטן יותר, מסיסות החמצן קטנה וריכוזו קטן בהתאם, ובעלי הזימים יתפזרו בגוף המים.
#אצל בעלי חיים ימיים ישנה מערכת זימים הבנויה מדפים עשירים בנימי דם (יותר מאשר ריאות) ובכך הם מגדילים את שטח הפנים ביחס לנפח. המים נכנסים דרך הפה ויוצאים דרך הזימים.
#הסעיף הנ"ל תקף לכל בעלי החיים הימיים למעט היונקים הימיים שמבחינה אבולוציונית מקורם בבעלי חיים יבשתיים ועל כן הם משתמשים במערכת נשימה יבשתית (ע"ע מערכת הדם בתת-סעיף הקודם) ומגיחים אל פני השטח כדי לבצע חילוף גזים.
#קרומי נימות הדם בזימים (ובריאות אצל יונקים) הן דקות ביותר ועשויות משכבות תאים בודדות המאפשרות דיפוזיה מהירה של החמצן מהדם אל התאים.
#תאי הדם האדומים מכילים בתוכם פיגמנט אדום שהוא חלבון בשם המוגלובין. צבעו האדום מגיע מהברזל המשולב בחלבון והוא הקושר את החמצן לתא הדם. ההמוגלובין מאפשר קשירה והובלה יעילה של החמצן. לבעלי חיים חסרי חוליות ישנם פיגמנטים קושרי חמצן אחרים שנותנים לדמם צבעים אחרים מלבד אדום. מדובר בפרוקי רגליים ורכיכות שדמם כחול או ירוק.
#התאמה נוספת היא בתאי הדם האדומים;
{| border="2"
|-
! תבחין (קריטריון) !! דגים !! יונקים
|-
| '''גודל התא''' || גדול || קטן
|-
| '''מס' התאים''' || קטן || גדול מאוד
|-
| '''יחס שטח פנים לנפח''' ||קטן || גדול מאוד
|-
| '''נוכחות גרעין''' || קיים || לא קיים
|-
| '''צורת התא''' || סגלגלה (אליפטית) ||דיסקית עגולה דו-קעורה
|-
| '''יעילות קשירת החמצן''' || קטנה ||גדולה מאוד
|-
|}
מטבלה זו ניתן ללמוד כי הדגים מפצים על תאי הדם הפרימיטיביים שלהם באמצעות מערכת הזימים כדי להתמודד עם היות החמצן גורם מגביל (בשל ריכוזו הנמוך-במיוחד במים) לעומת היונקים שתאי הדם שלהם מפותחים הרבה יותר ומאפשרים אספקה יעילה יותר של חמצן בסביבה שבה ריכוז החמצן גבוה יותר.
== מקורות והערות שוליים ==
| 