התנאים המתקיימים על פני כדור הארץ הם : כדור הארץ מוקף באטמוספרה, כלומר במעטה של אויר שעוביו כ-90 ק”מ. האטמוספרה מגינה על היצורים החיים מקרינה מזיקה, שמקורה בחלל החיצון, ונמצאים בה הגזים הנחוצים לקיום, כמו חנקן, חמצן ופחמן דו חמצני. המים נמצאים באוקינוסים ובימים, וכן בנהרות, באגמים ובשאר מקווי המיים. גם באויר, בשכבות הנמוכות של האמוספרה, יש אדי מים. חומרים נוספים נמצאים בסלעים ובקרקע, וחלק מהם ממוסים במים.
מקור האנרגיה העיקרי לתהליכים החיים על פני כדור הארץ הוא השמש. באמצעות אנרגיית אור המגיעה מהשמש בונים הצמחי את גופם מחומרי גלם, ובעלי החיים ניזונים ישירות או בעקיפין מהצמחים.
הטמפ’ על פני כדור הארץ היא תוצאה של מקומו במערכת השמש. טמפ’ זו אינה גבוהה מדי ואינה נמוכה מדי לקיומם של חיים.
התחום שבו מתקיימים החיים בכדור הארץ
האזורים שבהם מתקיימים היצורים החיים על פני כדור הארץ נקראים בשם כולל : ביוספרה (ביוונית :ביוס- חיים, ספרה – סביבה). בביוספרה מוכרים כיום כשני מליון מינים (בעלי חיים, צמחים, פטריות וחיידקים)
ורובם נמצאים קרוב לפני כדור הארץ : בים עד לעומק של 10 מטרים בלבד, ביבשה עד לעומק של מטרים אחדים מתחת לקרקע, ובאויר עד לגובה של כמה עשרות מטרים. במעמקי הימים ובמרומי ההרים, ישנם רק מינים מעטים של יצורים, ישנם מקומות בכדור הארץ שאין בו בכלל יצורים חיים, מכיוון ששוררים בהם תנאים שלא מאפשרים מחיה.
אקולוגיה
האקולוגיה (ביוונית : אויקוס = בית, לוגוס = תורה) עוסקת במערכות היחסים המורכבת שבין היצורים לסביבתם, ובינם לבין עצמם.
האקולוגיה נוגעת בנושאים מתחומים רבים : ביולוגיה, כימיה, פיסיקה, מתמטיקה, חקלאות, רפואה, גיאוגרפיה, חברת, כלכלה.
באקולוגיה נוהגים להתייחס למספר רמות ארגון של היצורים וסביבתם. הרמות מסודרות באופן מדרגי (מהפשוט אל המורכב) :
יצור – יצור יחיד ממין מסוים, החי בסביבה מסוימת.
אוכלוסיה – מספר יצורים בני אותו מין, החיים באותה סביבה.
חברה – מספר אוכלוסיות ממינים שונים, המתקיימות באותה סביבה.
מערכות אקולוגיות – חברת היצורים והסביבה שלה.
ביוספרה – כל המערכות האקולוגיות שבכדור הארץ.
היצור וסביבתו
ניתן למצוא מינים רבים של יצורים. יצורים אלה אינם מפוזרים באקראי, לכל יצור מקומו המיוחד שהוא בית גידולו, סביבת חייו. הסיבה הכרחית לקיומו של היצור והיא חלק בלתי נפרד מאורח החיים שלו.
סביבה – כל מה שסובב, מקיף, את היצור.
מרכיבים אביוטיים – כמו מיים, קרקע, אויר ותנאי אקלים כמו רוח, לחות וטמפ’.
מרכיבים ביוטיים – כוללים את היצורים השונים שבסביבה : חיידקים, צמחים, בעלי חיים ופטריות.
היצורים תלויים בסביבתם מכיוון שהמקור לחומרים, לאנרגיה ולאותות החשובים לקיומם ולפעילותם התקינה, ובה מצויים התנאים ההכרחים להישרדותם.
מעברי חומרים ואנרגיה בין היצור לסביבתו
ביסודו של דבר כל היצורים דומים ביניהם בחומרי גופם ובתהליכי החיים שלהם, ולפיכך דומות דרישותיהם הבסיסיות מהסביבה. בתאיהם של כל היצורים דומים ביניהם ובחומרי גופם ובתהליכי החיים שלהם ולפיכך דומות דרישותיהם הבסיסיות מהסביבה. בתאיהם של כל היצורים יש ריכוז גבוה של מים, ואמנם כולם קולטים מים מסביבתם. בתאיהם של כל היצורים יש חומרים אורגניים, כמו סוכרים, חלבונים ושומנים, וחומרים אי אורגניים, בעיקר הקולטים מהסביבה, כמו בעלי חיים, ויש הבונים בעצמם מחומרים אי אורגניים, כמו הצמחים.
הצמחים נקראים יצרנים או אוטוטרופים(אוטוס = עצמו, טרופה = הזנה) הצמחים בונים בעצמם חומרים אורגניים מחומרים אי אורגניים שבסביבתם, התהליך נעשה בעזרת אנרגיית האור ונקרא פוטוסינתזה. זהו תהליך מורכב, המתבצע בדר”כ בשעות היום. נתארו באמצעות נוסחה מסכמת :
בעלי החיים נקראים צרכנים או הטרוטרופים (הטרוס = אחר, טרופה = הזנה) הם צורכים חומרים אורגניים שנוצרו ע”י יצורים אחרים. קליטת החומרים האורגניים היא תהליך ההזנה של בעלי החיים.
כל היצורים, יצרנים וצרכנים, זקוקים לאנרגיה לקיומם, והם מפיקים אותה מפירוק חומרים אורגניים. ישנם יצורים המפיקים אנרגיה בתהליך הנשימה הדורש חמצן, וישנם יצורים המפיקים אנרגיה בתהליך התסיסה שאינו דורש חמצן (למשל שמרים). תהליך הנשימה משותף לצמחים ולבעלי החיים, והוא מתבצע יומם ולילה, ניתן לתארו בקיצור ע”י נוסחה :
צמחים זקוקים לבניין גופם חומרים שונים. נוסף למיים ולפחמן דו חמצני הם זקוקים למלחים שונים, כגון מלחי חנקן, מלחי זרחן, מלחי אשלגן. את המלחים קולטים הצמחים מהקרקע, אך כמות המלחים בה מוגבלת, ולכן מדשנים את הקרקע במלחים שונים כדי להגדיל את היבולים החלקאים. ואמנם הצליחו באמצעות דישון וטכנולוגיות נוספות להגדיל את היבולים במאות אחוזים.
צמחים מקבוצות הקטניות, כגון שעועית, אפונה, סויה ותלתן, מקבלים תרכובות שורשיהם. חיידקים אלה מסוגלים לקלוט את גז החנקן הנמצא באויר ולייצר ממנו תרכובות חנקן. לפיכך גידול של קטניות אינו מצריך דישון במלחי חנקן. יש בכך חיסכון רב מבחינה כלכלית, וגם הפחתה בזיהום הסביבה, כי הדשן מגיע גם אל מי התהום. אפשר להשתמש בצמחי קטניות לדישון קרקע, שמגדלים בה צמחים אחרים : עוקרים צמחי קטניות שבשורשיהם ישנם חיידקים, וטומנים אותם בתוך הקרקע. עם הזמן מתפרקים צמחי הקטניות ותרכובות החנקן הרבות שבהם עוברות לאדמה ומעשירות אותה.
ישנה כוונה להשתמש בעתיד בשיטות של הנדסה גנטית להקניית תכונה של “דישון עצמי” לצחמים. התכנית היא לבודד מהחיידקים את הגנים המאפשרים קליטה של חנקן מהאויר ובנייה של מלחי חנקן. את הגנים הללו ישתילו לצמחים ממשפחות שונות, ואז יוכלו הצמחים ליצור תרכובות חנקניות בעצמם, ולא יהיה צורך בדישון חנקי.
אותות מהסביבה
מלבד חומרים ואנרגיה, קולטים היצורים מסביבתם אותות שונים המשפיעים על תהליכים בגופם. האותות השונים מאפשרים לבעלי החיים להכיר את סביבתם ולהתמצא בה. אותות כמו שינויי טמפרטורה ואור משפיעים על תהליכים שונים, כדוגמת רבייה או נדידה. גם הצמחים קולטים אותות מסביבתם, לדוגמה, נביטה של זרעים מסויימים מתרחשת רק באור. כמו כן יש צמחים שבהם מועדי הפריחה, הלבלוב והשלכת נקבעים בהתאם לאותות של אור ושל טמפ’.
צמחים שמועד פריחתם מושפע מאורך היום
ישנם צמחים הפורחים כמעט בכל עונות השנה. לעומתם ישנם צמחים הפורחים בעונה מסויימת בלבד. אותות שונים מאפיינים את המעבר בין עונות השנה השונות, כגון עלייה או ירידה בטמפ’, שינויים בלחות, שינויים באורך היום ועוד. צמחים שונים מגיבים על אות זה או אחר.
צמחים הפורחים כאשר הימים קצרים – אלה מכונים צמחי יום קצר. כאשר הימים ארוכים – אלה מכונים צמחי יום ארוך. וישנם צמחים שמועד פריחתם אינו מושפעים בכלל מאורך היום.
צמחי יום קצר פורחים בדר”כ בסתיו ובחורף, צמחי יום ארוך פורחים בדר”כ באביב או בקיץ.
עונת הרבייה של העופות, היא באביב כשהימים מתארכים. העלייה במספר שעות האור ביממה גורמת לפעילות מוגברת של הורמוני המין, המעוררים תהליכים כמו חיזור, קינון, הטלת ביצים.
כדי להגדיל את מספר הביצים ולהאריך את תקופת ההטלה, מאירים את הלולים בשעות הלילה, ועל ידי כך יוצרים יום ארוך מלאכותי גם בחודשי הסתיו והחורף. בעקבות ההארה גוברת ההטלה עד ל – 80% ויש תרנגולות המגיעות ל – 100% הטלה – כל יום ביצה.
נדידה היא תנועת מחזורית של אוכלוסייה ממקום למקום במסלולים ובמעודים קבועים. תופעת הנדידה נפוצה בבעלי חיים שונים : עופות, דגים, לווייתנים, איילים, פרפרים, חגבים ועוד. הגורם העיקרי לנדידה הוא חיפוש משאבים, בעיקר מזון, או תנאי אקלים נחים.
השפעת היצורים על סביבתם
ראינו שהיצורים מושפעים מהסביבה הדוממת, אבל הם גם משפיעים עליה. בעלי החיים וצמחים משנים ללא הרף את סביבתם כשהם קולטים ממנה או פולטים אליה חומרים.
יצורים משפיעים על סביבתם
דוגמאות נוספות של השפעת יצורים על סביבתם : שורשי צמחים המתחחים את הקרקע או מפוררים סלעים, בעלי החיים החופרים מחילות באדמה או מקימים עליה קינים. הפרשות של בעלי חיים ושרידי בעלי חיים וצמחים גם הם משנים את הסביבה : החומרים האורגניים שמרכיבים אותם מתפרקים על ידי חיידקים ופטריות שבקרקע, ותוצרי הפירוק הופכים לחלק מהסביבה הדוממת.
שימוש הצמחים למניעת סחף של קרקעות
הצמחים נאחזים בשורשיהם בקרקע ומפיחתים אץ סלף הקרקע. ישנם צמחים שהאדם משתמש בהם לעצירת חולות נודדים ולמניעת סחף קרקע במדרונות. אחד הצמחים היעילים ביותר למטרה זאת הוא הפורטולוקריה. שמוצאו בדרום אפריקה. לפורטולוקריה מספר תכונות המתאימות לעצירת הקרקע :
מערכת שורשיו מסתעפת קרוב לפני השטח ואף חודרת לעומק.
הענפים נוגעים בקרקאע משתרשים בקלות ומגבירים את האחיזה בקרקע.
צמיחה צפופה של פרטים בשטח נתון.
יכולת גידול בסוגי קרקעות שונות.
הסתגלות לתנאים קיצוניים, כמו יובש ומלחים בקרקע.
כאמור סביבה כוללת מרכיבים דוממים ומרכיבים חיים. הקשר בין יצור לסביבתו הוא לפכיך קשר עם מרכיבים דוממים ומרכיבים חיים שבסביבה.קשרים יכולים להיות : בין זכר לנקבה, הורה לצאצא ובין פרח לחרק המאביק אותו. וישנם קשרים בין טורף לנטרף, בין טפיל לפונדקאי ובין יצורים המתחרים על מרחב מחיה או על מקורות מזון ואנרגיה.
