Em formação

Quais são os pontos de quebra de temperatura importantes para as distribuições de plantas?


Estou trabalhando em um sistema de classificação climática. Alguns trabalhos anteriores, como Koppen e Trewartha, usam pontos de quebra de temperatura de 18 ℃ mínimo mensal da média diária para delimitar climas tropicais e 0 ℃ mínimo mensal da média diária para distinguir subtropical de continental (apenas Koppen).

A primeira pergunta, existe alguma base científica para esses pontos de quebra de temperatura específicos?

Como um exemplo do que estou procurando, quero apontar algo na distribuição de plantas na área do mundo com a qual estou mais familiarizado; o sul dos EUA. Em Atlanta, onde as médias de janeiro são de 6,3 ℃ e as baixas de 1,3 ℃, a maioria das árvores naturais que você vê ao redor são coníferas ou madeiras decíduas (carvalhos, nogueiras, choupo amarelo (Liriodendron tulipifera) e chiclete (Liquidambar styraciflua) No entanto, em direção à costa em New Orleans 11,9 ℃ / 7,1 ℃ ou Savannah 9,8 ℃ / 3,7 ℃, há muito mais árvores perenes não coníferas. Se você olhar para as distribuições (muito semelhantes) da Wikipedia de sempre-vivas, como magnólia do sul, carvalho vivo ou carvalho de louro do pântano, você pode ver que há um cline onde a temperatura média do mês mais fria diária fica abaixo de 6-8 ℃ onde essas plantas perenes não crescem mais.

Portanto, a segunda pergunta geral é: há pontos de interrupção de temperatura significativos no controle de quais tipos de plantas podem realmente crescer em uma área?


Não posso ajudar com citações. Para climas temperados, existem várias temperaturas críticas que eu conheço:

O primeiro é 0 ou possivelmente -2. O ponto de congelamento da água. A maioria das células vegetais tem material suficiente dissolvido em sua seiva / protoplasma para que haja 1-2 graus de redução do ponto de congelamento.

A próxima queda parece estar em torno de -10 C. Há uma grande redução na contagem de espécies de plantas em torno dessa temperatura.

Não tenho certeza de onde está o próximo. Jack Pine pode tolerar temperaturas abaixo de -60 ° C. Aparentemente, seu protoplasma tem açúcares e álcoois suficientes para se tornar um vidro - sem expansão.


O clima impõe outros limites.

  • Comprei 500 cicutas de montanha por ano. Tudo o que li dizia zona 3. Talvez para os tops. Onde eles crescem, normalmente há vários metros de neve no inverno. As raízes nunca ficaram abaixo de zero.

  • Em nossa região central de Alberta, o bordo do Rei carmesim da Noruega é resistente - na maioria das vezes. Se esfriar cedo, digamos novembro, mata os botões. Não é apenas o quão frio fica, mas quando e com que rapidez fica frio.

  • Perto de Edmonton, podemos cultivar uma variedade de bétulas. Calgary, 300 km ao sul, é uma zona de cultivo mais quente do que nós, mas as bétulas não se dão bem lá. Os chinooks são quentes o suficiente para quebrar os botões, então os botões morrem quando esfria novamente. Outras plantas evitam isso tendo uma necessidade de resfriamento compatível com nossos invernos.

  • Nossos invernos são muito longos. Alguns dos problemas não são tanto o frio quanto a dessecação. Em alguns casos, um inverno mais quente será mais fatal - o ar mais quente pode retirar mais umidade dos botões e galhos.

  • Eu acho que há temperaturas acima de zero que são importantes: ao tentar cultivar berinjela, qualquer dia que ficasse abaixo de + 10C parece fazer as berinjelas ficarem amuadas e não fazerem nada por cerca de 3 dias enquanto estavam se recuperando.

  • Outra temperatura crítica está na alta dos anos 80 / baixa dos 90. (Farenheit) Muitas plantas desligam a fotossíntese para conservar água. Os operadores de estufa fazem de tudo para manter suas casas abaixo de 90 F


Distribuição de espécies

Distribuição de espécies é a maneira pela qual um táxon biológico é espacialmente organizado. [1] Os limites geográficos da distribuição de um determinado táxon é o seu faixa, geralmente representado como áreas sombreadas em um mapa. Os padrões de distribuição mudam dependendo da escala em que são vistos, desde o arranjo dos indivíduos dentro de uma pequena unidade familiar até os padrões dentro de uma população, ou a distribuição de toda a espécie como um todo (intervalo). A distribuição das espécies não se confunde com a dispersão, que é o afastamento dos indivíduos de sua região de origem ou de um centro populacional de alta densidade.


Como funciona a fotossíntese

A fotossíntese define o processo pelo qual as plantas e algumas bactérias fabricam glicose. Os cientistas resumem o processo da seguinte maneira: usando a luz solar, dióxido de carbono + água = glicose + oxigênio. O processo ocorre dentro de estruturas especiais chamadas cloroplastos, localizadas nas células das folhas. Taxas fotossintéticas ótimas levam à remoção de maiores quantidades de dióxido de carbono da atmosfera local, produzindo maiores quantidades de glicose. Como os níveis de glicose nas plantas são difíceis de medir, os cientistas utilizam a quantidade de assimilação de dióxido de carbono ou sua liberação como meio de medir as taxas fotossintéticas. Durante a noite, por exemplo, ou quando as condições não são favoráveis, as plantas liberam dióxido de carbono. As taxas fotossintéticas máximas variam entre as espécies de plantas, mas culturas como o milho podem atingir taxas de assimilação de dióxido de carbono de até 0,075 onças por pé cúbico por hora, ou 100 miligramas por decímetro por hora. Para atingir o crescimento ideal de algumas plantas, os agricultores as mantêm em estufas que regulam condições como umidade e temperatura. Existem três regimes de temperatura sobre os quais a taxa de fotossíntese muda.


Capítulo 50 - Uma introdução à ecologia e à biosfera

  • Os ecologistas fazem perguntas sobre os fatores que afetam a distribuição e abundância dos organismos.
  • Os ecologistas podem estudar como as interações entre os organismos e o meio ambiente afetam o número de espécies que vivem em uma área, o ciclo de nutrientes ou o crescimento das populações.

Ecologia e biologia evolutiva são ciências intimamente relacionadas.

  • A ecologia tem uma longa história como ciência descritiva.
  • A ecologia moderna também é uma ciência experimental rigorosa.
  • Ecologia e biologia evolutiva são ciências intimamente relacionadas.
  • Os eventos que ocorrem ao longo do tempo ecológico (minutos a anos) se traduzem em efeitos ao longo do tempo evolutivo (décadas a milênios).
    • Por exemplo, falcões que se alimentam de ratos do campo matam certos indivíduos (ao longo do tempo ecológico), reduzindo o tamanho da população (um efeito ecológico), alterando o pool genético (um efeito evolutivo) e selecionando ratos com a cor do pelo que os camufla em seu ambiente ( ao longo do tempo evolutivo).

    A pesquisa ecológica abrange desde as adaptações de organismos individuais à dinâmica da biosfera.

    • O ambiente de qualquer organismo inclui os seguintes componentes:
      • Componentes abióticos: fatores químicos e físicos não vivos, como temperatura, luz, água e nutrientes.
      • Componentes bióticos: todos os organismos vivos no ambiente do indivíduo.
      • Cada paisagem ou paisagem marinha consiste em um mosaico de diferentes tipos de manchas, uma característica ambiental que os ecologistas chamam de manchas. A pesquisa ecológica da paisagem concentra-se nos fatores que controlam as trocas de energia, materiais e organismos entre fragmentos de ecossistemas.

      A ecologia fornece um contexto científico para avaliar as questões ambientais.

      • É importante esclarecer a diferença entre ecologia, o estudo científico da distribuição e abundância dos organismos, e ambientalismo, defesa da proteção ou preservação do meio ambiente natural.
      • Para abordar os problemas ambientais, precisamos entender as interações dos organismos e do meio ambiente.
      • A ciência da ecologia fornece esse entendimento.
      • Em 1962, o livro de Rachel Carson Silent Spring advertia que o uso de pesticidas como o DDT estava causando declínios populacionais em muitos organismos não-alvo.
      • Hoje, precipitação ácida, uso indevido da terra, resíduos tóxicos, destruição de habitat e a lista crescente de espécies ameaçadas ou extintas são apenas alguns dos problemas que ameaçam a Terra.
      • Muitos ecologistas influentes sentem a responsabilidade de educar os legisladores e o público em geral sobre as decisões que afetam o meio ambiente.
        • É importante comunicar a complexidade científica das questões ambientais.

        Conceito 50.2 As interações entre os organismos e o meio ambiente limitam a distribuição das espécies

        • Os ecologistas há muito reconhecem padrões globais e regionais distintos na distribuição dos organismos.
        • Biogeografia é o estudo das distribuições passadas e presentes de espécies individuais no contexto da teoria da evolução.
        • Os ecologistas fazem uma série de perguntas para determinar o que limita a distribuição geográfica de qualquer espécie.

        A dispersão das espécies contribui para a distribuição dos organismos.

        • O movimento de indivíduos para longe de centros de alta densidade populacional ou de sua área de origem é denominado dispersão.
        • A dispersão de organismos é crucial para compreender o isolamento geográfico na evolução e os padrões gerais de distribuição geográfica das espécies.
        • Uma maneira de determinar se a dispersão é um fator-chave que limita a distribuição é observar os resultados quando humanos acidental ou intencionalmente transplantaram uma espécie para áreas onde ela estava ausente anteriormente.
          • Para que o transplante seja considerado um sucesso, os organismos devem não apenas sobreviver na nova área, mas também se reproduzir ali.
          • Conseqüentemente, os ecologistas raramente conduzem experimentos de transplante hoje.
          • Em vez disso, eles estudam o resultado quando uma espécie foi transplantada acidentalmente ou para outro propósito.

          O comportamento e a seleção do habitat contribuem para a distribuição dos organismos.

          Fatores bióticos afetam a distribuição dos organismos.

          • Fatores bióticos limitam a distribuição das espécies?
            • As interações negativas com outros organismos na forma de predação, parasitismo, doença ou competição podem limitar a capacidade dos organismos de sobreviver e se reproduzir.
              • Os experimentos de remoção de predadores podem fornecer informações sobre como os predadores limitam a distribuição das espécies de presas.
              • Por exemplo, a ausência de um polinizador específico ou espécie de presa pode limitar a distribuição de um organismo.

              Fatores abióticos afetam a distribuição dos organismos.

              • A distribuição global dos organismos reflete amplamente a influência de fatores abióticos, como temperatura, água e luz solar.
              • O ambiente é caracterizado pela heterogeneidade espacial e temporal.
              • A temperatura ambiente é um fator importante na distribuição dos organismos devido ao seu efeito nos processos biológicos.
                • Muito poucos organismos podem manter um metabolismo ativo em temperaturas muito altas ou muito baixas.
                • Alguns organismos têm adaptações extraordinárias que lhes permitem viver fora da faixa de temperatura habitável para a maioria dos outros seres vivos.
                • A maioria dos organismos aquáticos está restrita a ambientes de água doce ou marinhos.
                • Os organismos terrestres enfrentam uma ameaça quase constante de dessecação e têm adaptações que lhes permitem obter e conservar água.
                • A intensidade da luz não é o fator mais importante que limita o crescimento das plantas na maioria dos ambientes terrestres, embora o sombreamento pelo dossel da floresta torne intensa a competição pela luz no sub-bosque.
                • Em ambientes aquáticos, a intensidade da luz limita a distribuição dos organismos fotossintéticos.
                  • Cada metro de profundidade da água absorve seletivamente 45% da luz vermelha e 2% da luz azul que passa por ele.
                  • Como resultado, a maior parte da fotossíntese em ambientes aquáticos ocorre perto da superfície.

                  Quatro fatores abióticos são os principais componentes do clima.

                  • O clima são as condições meteorológicas prevalecentes em uma área.
                    • Quatro fatores abióticos - temperatura, água, luz solar e vento - são os principais componentes do clima.
                    • Fatores climáticos, especialmente temperatura e água, têm grande influência na distribuição dos organismos.
                    • As médias anuais de temperatura e precipitação estão razoavelmente bem correlacionadas com os biomas encontrados em diferentes regiões.
                    • O efeito de aquecimento do sol na atmosfera, na terra e na água estabelece as variações de temperatura, os ciclos de movimento do ar e a evaporação da água que são responsáveis ​​pelas variações latitudinais no clima.
                    • As regiões costeiras são geralmente mais úmidas do que as áreas do interior na mesma latitude.
                    • Em geral, oceanos e grandes lagos moderam o clima de ambientes terrestres próximos.
                      • Em certas regiões, as brisas oceânicas frias e secas são aquecidas quando se movem sobre a terra, absorvendo a umidade e criando um clima quente e sem chuva ligeiramente para o interior.
                      • Este padrão de clima mediterrâneo ocorre no interior do Mar Mediterrâneo.
                      • No hemisfério norte, as encostas voltadas para o sul recebem mais luz solar do que as encostas voltadas para o norte e, portanto, são mais quentes e secas.
                      • Essas diferenças ambientais afetam a distribuição das espécies.
                      • Essa mudança de temperatura é equivalente à causada por um aumento de 880 km na latitude.
                      • No lado sotavento da montanha, o ar fresco e seco desce, absorvendo a umidade e produzindo uma sombra de chuva.
                      • Os desertos geralmente ocorrem no lado sotavento das cadeias de montanhas.
                      • Cinturões de ar úmido e seco em ambos os lados do equador mudam com a mudança do ângulo do sol, produzindo estações secas e úmidas marcadas em torno de 20 ° de latitude.
                      • Mudanças sazonais nos padrões de vento produzem variações nas correntes oceânicas, ocasionalmente causando a ressurgência de água fria rica em nutrientes das camadas profundas do oceano.
                      • Durante o verão e inverno, muitos lagos temperados são estratificados termicamente ou em camadas verticalmente de acordo com a temperatura.
                      • Esses lagos passam por uma mistura semestral, ou renovação, de suas águas na primavera e no outono. A rotação traz água oxigenada para o fundo e água rica em nutrientes para a superfície.
                      • As árvores da floresta moderam o microclima abaixo delas.
                        • As áreas desmatadas experimentam extremos de temperatura maiores do que o interior da floresta.
                        • Um registro detalhado dessas migrações é capturado em pólen fóssil em sedimentos de lagoas e lagoas.
                        • Uma questão importante para as espécies de árvores é se a dispersão de sementes é rápida o suficiente para sustentar a migração das espécies à medida que o clima muda.
                        • Considere a faia americana, Fagus grandifolia.
                          • Os modelos climáticos preveem que os limites norte e sul do alcance da faia se moverão 700-900 km ao norte no próximo século.
                            • ? A faia terá que migrar de 7 a 9 km por ano para manter sua distribuição.

                            Conceito 50.3 Fatores abióticos e bióticos influenciam a estrutura e dinâmica dos biomas aquáticos

                              Várias combinações de fatores bióticos e abióticos determinam a natureza dos biomas da Terra, os principais tipos de associações ecológicas que ocupam amplas regiões geográficas de terra ou água.

                            Os biomas aquáticos ocupam a maior parte da biosfera.

                            • Os ecologistas distinguem entre biomas de água doce e marinhos com base em diferenças físicas e químicas.
                              • Os biomas marinhos geralmente têm concentrações de sal em média 3%, enquanto os biomas de água doce têm concentrações de sal de menos de 1%.
                              • A evaporação da água dos oceanos fornece a maior parte das chuvas do planeta.
                              • As temperaturas dos oceanos têm um grande efeito no clima mundial e nos padrões de vento.
                              • A fotossíntese por algas marinhas e bactérias fotossintéticas produzem uma proporção substancial do oxigênio do mundo. A respiração desses organismos consome grandes quantidades de dióxido de carbono atmosférico.
                              • O padrão e a velocidade do fluxo de água e o clima circundante também são importantes.
                              • Há luz suficiente para a fotossíntese na zona fótica superior.
                              • Muito pouca luz penetra na zona afótica inferior.
                              • Esta zona é formada por areia e sedimentos e é ocupada por comunidades de organismos denominados bentos.
                              • Uma importante fonte de alimento para o bentos é a matéria orgânica morta ou detritos, que chove das águas superficiais produtivas da zona fótica.
                              • Como resultado, a temperatura da água nos lagos é estratificada, especialmente no verão e no inverno.
                              • No oceano e na maioria dos lagos, uma camada estreita de rápida mudança de temperatura chamada termoclina separa a camada superior mais uniformemente quente das águas mais profundas uniformemente frias.
                              • Os lagos oligotróficos são profundos, pobres em nutrientes, ricos em oxigênio e contêm pouca vida.
                              • Os lagos eutróficos são rasos, ricos em nutrientes e pobres em oxigênio.
                              • A zona limnética é a água de superfície aberta.
                              • Eles podem ser saturados ou inundados periodicamente.
                              • Os pântanos incluem pântanos, brejos e pântanos.
                              • Eles estão entre os biomas mais produtivos da Terra e abrigam uma comunidade diversificada de invertebrados e pássaros.
                              • Por causa da alta produção orgânica e decomposição nas áreas úmidas, sua água e solo têm baixo teor de oxigênio dissolvido.
                              • As áreas úmidas têm uma alta capacidade de filtrar nutrientes dissolvidos e poluentes químicos.
                              • Os humanos destruíram muitos pântanos, mas alguns agora estão protegidos.
                              • As nascentes são frias, claras, turbulentas e rápidas.
                                • Eles carregam poucos sedimentos e relativamente poucos nutrientes minerais.
                                • Muitos riachos e rios foram poluídos pelo homem, degradando a qualidade da água e matando organismos aquáticos.
                                • O controle de represas e enchentes prejudica o funcionamento natural de riachos e rios e ameaça espécies migratórias como o salmão.
                                • A salinidade dessas áreas pode variar muito.
                                • Os estuários têm padrões de fluxo complexos, com redes de canais de marés, ilhas, diques e planícies de lama.
                                • Eles sustentam uma abundância de espécies de peixes e invertebrados e são áreas de alimentação cruciais para muitas espécies de aves aquáticas.
                                • A zona intertidal superior experimenta uma exposição mais longa ao ar e maior variação na salinidade e temperatura do que as áreas intertidais inferiores.
                                • Muitos organismos vivem apenas em um determinado estrato entre as marés.
                                • As águas superficiais dos oceanos temperados mudam durante o outono até a primavera.
                                • O oceano aberto tem altos níveis de oxigênio e baixos níveis de nutrientes.
                                • Este bioma cobre 70% da superfície da Terra e tem uma profundidade média de 4.000 metros.
                                • Eles são formados pelos esqueletos de carbonato de cálcio de animais corais.
                                • Algas dinoflageladas mutualísticas vivem dentro dos tecidos dos corais.
                                • Os recifes de coral são o lar de uma variedade muito diversificada de vertebrados e invertebrados.
                                • A coleta de esqueletos de corais e a pesca excessiva de alimentos e o comércio de aquários reduziram as populações de corais e peixes de recife.
                                • O aquecimento global e a poluição contribuem para a mortalidade de corais em grande escala.
                                • A maior parte da zona bêntica do oceano não recebe luz solar.
                                • Os organismos na zona abissal muito profunda estão adaptados ao frio contínuo (cerca de 3 ° C) e pressão extremamente alta.
                                • Assembléias únicas de organismos estão associadas a fontes hidrotermais profundas de origem vulcânica nas dorsais meso-oceânicas.
                                  • Os produtores primários nessas comunidades são procariotos quimioautotróficos que obtêm energia pela oxidação do H2S formado por uma reação de água aquecida vulcanicamente com sulfato dissolvido (SO42?).

                                  Conceito 50.4 O clima determina em grande parte a distribuição e estrutura dos biomas terrestres

                                  • Como existem padrões latitudinais de clima na superfície da Terra, também existem padrões latitudinais de distribuição do bioma.
                                  • Um climógrafo denota a temperatura média anual e a precipitação de uma região.
                                    • A temperatura e a precipitação estão bem correlacionadas com os diferentes biomas terrestres, e cada bioma tem um climógrafo característico.
                                    • O dossel da floresta tropical é a camada superior, cobrindo o estrato de árvores baixas, sub-bosque arbustivo, camada de solo, camada de serapilheira e camada de raiz.
                                    • As pastagens têm um dossel formado por grama, uma camada de serapilheira e uma camada de raiz.
                                    • A estratificação da vegetação fornece muitos habitats diferentes para os animais.
                                    • Furacões criam aberturas para novas espécies em florestas tropicais e temperadas.
                                    • Nas florestas de coníferas do norte, a neve pode quebrar galhos e pequenas árvores, produzindo lacunas que permitem o crescimento de espécies decíduas.
                                    • Como resultado, os biomas apresentam manchas, com várias comunidades diferentes representadas em qualquer área particular.
                                    • Por exemplo, incêndios florestais naturais são um componente integral de pastagens, savanas, chaparrais e muitas florestas de coníferas.
                                    • Os incêndios agora são controlados em prol do uso da terra agrícola.
                                    • As florestas tropicais recebem grandes quantidades de chuva constantes (200 a 400 cm anualmente).
                                    • Nas florestas tropicais secas, a precipitação é altamente sazonal.
                                    • Em ambos, as temperaturas do ar variam entre 25 ° C e 29 ° C durante todo o ano.
                                    • As florestas tropicais são estratificadas e a competição pela luz é intensa.
                                    • A diversidade animal é maior nas florestas tropicais do que em qualquer outro bioma terrestre.
                                    • Os desertos têm chuvas baixas e altamente variáveis, geralmente menos de 30 cm por ano.
                                    • A temperatura varia muito sazonalmente e diariamente.
                                    • A vegetação do deserto é geralmente esparsa e inclui suculentas, como cactos e arbustos profundamente enraizados.
                                    • Muitos animais do deserto são noturnos, por isso podem evitar o calor.
                                    • Os organismos do deserto apresentam adaptações que lhes permitem resistir ou sobreviver à dessecação.
                                    • A precipitação é sazonal, com média de 30–50 cm por ano.
                                    • A savana é quente o ano todo, com média de 24–29 ° C com alguma variação sazonal.
                                    • A vegetação da savana é uma pastagem com árvores espalhadas.
                                    • Grandes mamíferos herbívoros são habitantes comuns.
                                      • Os herbívoros dominantes são insetos, especialmente cupins.
                                      • A precipitação anual varia de 30 a 50 cm.
                                      • Chaparral é dominado por arbustos e pequenas árvores, com grande diversidade de gramíneas e ervas.
                                      • A diversidade de plantas e animais é alta.
                                      • Adaptações ao fogo e à seca são comuns.
                                      • Grandes pastores e mamíferos escavadores são nativos de pastagens temperadas.
                                      • Solos profundos e férteis tornam as pastagens temperadas ideais para a agricultura, especialmente para o cultivo de grãos.
                                      • A maior parte das pastagens na América do Norte e na Eurásia foi convertida em terras agrícolas.
                                      • As florestas de coníferas têm invernos longos e frios e verões curtos e úmidos.
                                      • As coníferas que habitam essas florestas são adaptadas para neve e secas periódicas.
                                      • As florestas de coníferas são o lar de muitos pássaros e mamíferos.
                                      • Essas florestas estão sendo desmatadas a uma taxa muito alta e grupos antigos de coníferas podem desaparecer em breve.
                                      • Uma floresta de folha larga temperada madura tem camadas verticais distintas, incluindo um dossel fechado, um ou dois estratos de árvores de sub-bosque, uma camada de arbustos e uma camada herbácea.
                                      • As árvores decíduas dominantes nas florestas de folha larga do Hemisfério Norte perdem suas folhas e ficam dormentes no inverno.
                                      • No hemisfério norte, muitos mamíferos neste bioma hibernam no inverno, enquanto muitas espécies de pássaros migram para climas mais quentes.
                                      • Os humanos desmataram muitas florestas temperadas de folha larga em todo o mundo.
                                      • A tundra alpina é encontrada no topo das montanhas em todas as latitudes, incluindo os trópicos.
                                        • As comunidades de plantas na tundra alpina e ártica são muito semelhantes.

                                        Esboço da palestra para Campbell / Reece Biology, 7ª edição, © Pearson Education, Inc. 50-1


                                        Como a temperatura afeta o crescimento das plantas?

                                        As altas temperaturas afetam o crescimento das plantas de várias maneiras. Os mais óbvios são os efeitos do calor na fotossíntese, em que as plantas usam dióxido de carbono para produzir oxigênio, e na respiração, um processo oposto no qual as plantas usam oxigênio para produzir dióxido de carbono. Especialistas da Colorado State University Extension explicam que ambos os processos aumentam quando as temperaturas sobem.

                                        No entanto, quando as temperaturas atingem limites desconfortavelmente altos (que dependem da planta), os dois processos se tornam desequilibrados. Os tomates, por exemplo, têm problemas quando as temperaturas ultrapassam os 36 graus Celsius.

                                        O efeito da temperatura nas plantas varia amplamente e é influenciado por fatores como exposição à luz solar, drenagem de umidade, elevação, diferença entre as temperaturas diurna e noturna e proximidade da estrutura rochosa circundante (massa de calor térmico).


                                        Como a temperatura afeta o crescimento da planta:

                                        Cada planta tem uma faixa de temperatura ideal para prosperar. Chamamos isso de temperatura ótima de crescimento das plantas. Esta temperatura ótima não é fixada para todas as plantas e varia de espécie para espécie. Quando a temperatura cai abaixo da faixa ideal ou ultrapassa, isso pode afetar o crescimento de uma planta.

                                        O impacto da temperatura pode ser de dois tipos.

                                        • O efeito do frio extremo nas plantas.
                                        • O efeito de temperaturas extremamente altas nas plantas

                                        A temperatura impulsiona a biodiversidade

                                        A diversidade de plantas e animais diminui à medida que as temperaturas caem. Esta foto foi tirada no Monte Kilimanjaro, a uma altitude de cerca de 3.800 metros. Crédito: Andreas Ensslin

                                        Por que a diversidade de animais e plantas está tão desigualmente distribuída em nosso planeta? Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Universidade de Würzburg forneceu novos dados sobre esta questão central da ecologia. Os pesquisadores descobriram que a biodiversidade é impulsionada pela temperatura.

                                        A diversidade de plantas e animais nas regiões árticas da Terra é moderada. As latitudes tropicais, em contraste, estão repletas de várias espécies e novos organismos são descobertos o tempo todo.

                                        Qual é a causa desta distribuição desigual? Por que os trópicos abrigam mais espécies do que latitudes mais altas? "Essa questão intrigou os ecologistas por algum tempo", disse o professor Ingolf Steffan-Dewenter, do Biocentro da Universidade de Würzburg. "Cerca de 10 anos atrás, os editores de Ciência declarou que esta é uma das 25 questões científicas mais importantes que ainda não foram respondidas. "

                                        Existem muitas hipóteses. Um, por exemplo, é que a produtividade primária de um habitat é, em última análise, decisiva para o número de espécies que nele vivem. Simplificando: "Um bolo maior pode sustentar mais espécies do que um pequeno", de acordo com o ecologista de Würzburg, Dr. Marcell Peters. Outra hipótese assume que a taxa de evolução e especiação depende da temperatura. De acordo com essa suposição, mais espécies prosperam em um clima mais quente do que em um frio.

                                        Essas hipóteses geralmente foram examinadas com foco em grupos selecionados de espécies. Por exemplo, os estudos observaram apenas pássaros, abelhas, formigas ou samambaias e analisaram sua diversidade em diferentes regiões do mundo, por ex. na América do Norte, Europa ou ao longo de gradientes de elevação nos Alpes. “Alguns estudos apoiaram uma hipótese, enquanto outros apoiaram outra hipótese”, diz Peters, e afirma que ainda está muito longe de estabelecer uma “regra geral”, que os ecologistas estão buscando.

                                        O Monte Kilimanjaro com 5.895 m de altura, com suas diferentes zonas climáticas, é um importante campo de pesquisa para ecologistas. Crédito: Anna K & # 252hnel

                                        Estudo único realizado no Monte Kilimanjaro

                                        No jornal Nature Communications, Peters e a unidade de pesquisa "FOR1246" apresentam um novo estudo após quatro anos de trabalho: "No Monte Kilimanjaro, um dos maiores gradientes climáticos da Terra, observamos tantos grupos de animais e plantas em paralelo como nunca antes", diz o pesquisador.

                                        No geral, a equipe examinou oito grupos de plantas e 17 grupos de animais, de abelhas a morcegos. Trinta e oito cientistas da Alemanha, Tanzânia e outros países participaram do estudo em grande escala, eles foram apoiados por cerca de 50 motoristas locais, transportadoras e outros assistentes. “Tivemos que escalar áreas montanhosas por vários dias para chegar aos locais de estudo mais altos”, diz Peters.

                                        A área de estudo se estendia desde as savanas no sopé da montanha até os habitats a uma altitude de 4.550 metros que mal sustentam as plantas. Os dados de todos os grupos foram coletados nas mesmas áreas e no mesmo período de tempo, respectivamente. “Esta abordagem permitiu-nos não só analisar a biodiversidade de cada grupo individual, mas também de comunidades inteiras”.

                                        A diversidade aumenta com a temperatura

                                        O estudo revelou que a biodiversidade nas comunidades é determinada principalmente pela temperatura. Quanto mais quente, maior é a diversidade. "Quanto mais grupos de animais e plantas você investigar em paralelo, maior será a significância da temperatura para explicar a biodiversidade, enquanto a importância de todas as outras variáveis ​​diminui de acordo."

                                        Os cientistas acreditam que esta é uma forte evidência que apóia a suposição de que a temperatura é realmente mais decisiva para os padrões de distribuição da biodiversidade geral do que a produtividade ou o tamanho dos habitats.


                                        FATORES DO ECOSSISTEMA

                                        O sol é a principal fonte de energia para toda a vida na Terra. Plantas verdes e bactérias fotossintéticas precisam de luz para fabricar seus alimentos. Os animais dependem das plantas para se alimentar.

                                        A luz afeta os seres vivos em termos de intensidade, qualidade e duração. A intensidade e a qualidade da luz afetam a fotossíntese, a floração e a germinação das plantas, enquanto nos animais afetam a migração, a hibernação e a reprodução.
                                        UMA fotômetro fotográfico é usado para medir a intensidade da luz enquanto o disco seechi mede a penetração da luz na água.

                                        Temperatura

                                        Os processos bioquímicos da maioria dos organismos funcionam efetivamente em uma faixa estreita de temperatura. A temperatura varia de acordo com as estações, altitude, latitude e também diurnamente, especialmente em desertos quentes.

                                        Isso, portanto, afeta a distribuição dos organismos em um habitat. As variações de temperatura influenciam a distribuição de organismos mais em habitats terrestres do que em habitats aquáticos. Os organismos vivos devem desenvolver as adaptações fisiológicas e comportamentais necessárias para lidar com temperaturas extremas.

                                        Pressão atmosférica

                                        A atmosfera tem um peso definido e, portanto, exerce pressão sobre a terra. Na superfície da Terra, a pressão atmosférica varia com a altitude. As variações da pressão atmosférica afetam a quantidade de oxigênio disponível para a respiração e de óxido de carbono (IV) para a fotossíntese. Esses dois gases afetam a distribuição dos organismos.

                                        Refere-se à quantidade de vapor d'água na atmosfera. Quando a umidade é alta, há muito vapor d'água e vice-versa.

                                        A umidade afeta a taxa na qual a água evapora da superfície dos organismos, como na transpiração ou suor. Isso, por sua vez, afeta sua distribuição na Terra. Hidrômetro de Papel é usado para medir ou um densímetro de bulbo úmido e seco

                                        O vento está movendo o ar. Aumenta a taxa de perda de água dos organismos, afetando sua distribuição.

                                        • O vento também é importante na formação de chuva. Nos desertos, os ventos formam dunas de areia que podem ser habitats para outros organismos.
                                        • O vento causa a formação de ondas em lagos e oceanos, o que aumenta a aeração da água nesses corpos d'água.
                                        • Árvores em áreas com ventos fortes podem ter crescimento atrofiado e crescimento distorcido.
                                        • O vento também dispersa esporos e sementes, portanto, influencia o descarte e a migração de animais voadores
                                        • O cheiro do vento sopra, portanto, determina o posicionamento dos animais insinuantes em relação às suas presas em um habitat.
                                        • Um cata-vento ou biruta é usado para determinar a direção do vento predominante.
                                        • Anemoter é usado para medir a velocidade do vento.

                                        Refere-se à concentração de sal da água, causando uma divisão do ambiente aquático em água marinha, estuarina e água doce.

                                        Condições salinas imediatamente fora do corpo do organismo representam o problema da perda de água do corpo para o meio ambiente. Apenas animais com adaptações de osmorregulação adequadas podem ocupar tais habitats.

                                        A salinidade pode ser determinada calculando a porcentagem de sais na água ou pelo método de titulação ácido-base.

                                        pH (preocupação com íons Hudrogen)

                                        O pH é a medida de quão ácida ou alcalina é a água nos animais aquáticos ou na solução do solo. Ela influencia a distribuição de plantas e animais no solo e em lagoas de água doce. Algumas plantas dirigem bem em condições ácidas, enquanto outras em condições alcalinas.

                                        O pH de um solo pode ser alterado pela aplicação de fertilizantes lixiviados ou pela exaustão do solo. O pH é expresso em termos de escala de Ph pelo uso da solução de indicador universal BDH ou papel e medidor de pH.


                                        Resumo do capítulo

                                        Ecologia é o estudo das interações dos seres vivos com o meio ambiente. Os ecologistas fazem perguntas que abrangem quatro níveis de organização biológica geral - organismo, população, comunidade e ecossistema. No nível do organismo, os ecologistas estudam organismos individuais e como eles interagem com seus ambientes. At the population and community levels, ecologists explore, respectively, how a population of organisms changes over time and the ways in which that population interacts with other species in the community. Ecologists studying an ecosystem examine the living species (the biotic components) of the ecosystem as well as the nonliving portions (the abiotic components), such as air, water, and soil, of the environment.

                                        44.2 Biogeography

                                        Biogeography is the study of the geographic distribution of living things as well as the abiotic factors that affect their distribution. Endemic species are species that are naturally found only in a specific geographic area. The distribution of living things is influenced by several environmental factors that are, in part, controlled by the latitude or elevation at which a species is found. Ocean upwellings, and spring and fall turnovers are important processes regulating the distribution of nutrients and other abiotic factors important in aquatic ecosystems. Energy sources, temperature, water, inorganic nutrients, and soil are factors limiting the distribution of living things in terrestrial systems. Net primary productivity is a measure of the amount of biomass produced by a biome.

                                        44.3 Terrestrial Biomes

                                        A Terra possui biomas terrestres e biomas aquáticos. Os biomas aquáticos incluem ambientes de água doce e marinhos. Existem oito biomas terrestres principais: florestas tropicais úmidas, savanas, desertos subtropicais, chaparral, pastagens temperadas, florestas temperadas, florestas boreais e tundra ártica. O mesmo bioma pode ocorrer em diferentes localizações geográficas com climas semelhantes. Temperatura e precipitação, e variações em ambas, são os principais fatores abióticos que moldam a composição das comunidades de animais e plantas nos biomas terrestres. Alguns biomas, como pastagens temperadas e florestas temperadas, têm estações distintas, com clima frio e quente alternando ao longo do ano. Em biomas quentes e úmidos, como a floresta tropical úmida, a produtividade primária líquida é alta, pois as temperaturas quentes, água abundante e uma estação de crescimento durante todo o ano alimentam o crescimento das plantas e fornecem energia para alta diversidade em toda a cadeia alimentar. Outros biomas, como desertos e tundras, apresentam baixa produtividade primária devido às temperaturas extremas e à escassez de água disponível.

                                        44.4 Aquatic Biomes

                                        Aquatic ecosystems include both saltwater and freshwater biomes. The abiotic factors important for the structuring of aquatic ecosystems can be different than those seen in terrestrial systems. Sunlight is a driving force behind the structure of forests and also is an important factor in bodies of water, especially those that are very deep, because of the role of photosynthesis in sustaining certain organisms.

                                        Density and temperature shape the structure of aquatic systems. Oceans may be thought of as consisting of different zones based on water depth and distance from the shoreline and light penetrance. Different kinds of organisms are adapted to the conditions found in each zone. Coral reefs are unique marine ecosystems that are home to a wide variety of species. Estuaries are found where rivers meet the ocean their shallow waters provide nourishment and shelter for young crustaceans, mollusks, fishes, and many other species. Freshwater biomes include lakes, ponds, rivers, streams, and wetlands. Bogs are an interesting type of wetland characterized by standing water, lower pH, and a lack of nitrogen.

                                        44.5 Climate and the Effects of Global Climate Change

                                        The Earth has gone through periodic cycles of increases and decreases in temperature. During the past 2,000 years, the Medieval Climate Anomaly was a warmer period, while the Little Ice Age was unusually cool. Both of these irregularities can be explained by natural causes of changes in climate, and, although the temperature changes were small, they had significant effects. Natural drivers of climate change include Milankovitch cycles, changes in solar activity, and volcanic eruptions. None of these factors, however, leads to rapid increases in global temperature or sustained increases in carbon dioxide.

                                        The burning of fossil fuels is an important source of greenhouse gases, which play a major role in the greenhouse effect. Two hundred and fifty million years ago, global warming resulted in the Permian extinction: a large-scale extinction event that is documented in the fossil record. Currently, modern-day climate change is associated with the increased melting of glaciers and polar ice sheets, resulting in a gradual increase in sea level. Plants and animals can also be affected by global climate change when the timing of seasonal events, such as flowering or pollination, is affected by global warming.


                                        Materiais e métodos

                                        Array design

                                        A custom CGH array was designed by Roche NimbleGen (Roche NimbleGen, Inc., Madison, WI, USA) using 2.2 M contigs from a whole genome shotgun (WGS) assembly of barley cv. Morex (Assembly1, EMBL-EBI accession no. PRJNA30763). This was a first de novo assembly from cv. Morex using Illumina reads at 28× genome coverage. Variable length probes (56 - to 100-mers) were generated at a 10 bp step across the entire sequence space. Individual probes were repeat-masked by removing probes, which had an average 15-mer frequency >25, using a 15-mer frequency table generated from an initial assembly of the Morex genome. The repeat-masked probe set was compared back to the Morex genome assembly with SSAHA [68], using a minimum match size of 30 and allowing up to 5 indels/gap. Probe sequences with more than a single match in the genome were eliminated from further consideration. From the remaining probes, only sets of 10 non-repetitive and unique probes that were clustered in 200 bp regions throughout the sequence space (called 'contig fragments') were included in the array design. The final probe set contained a total of 2,116,690 probes representing 211,669 regions on 115,003 of the input Assembly1 contigs. Each region was separated by at least 500 bp from adjoining regions.

                                        Two array designs were produced for the same set of probes, '101206_Barley_NS_CGH_HX1' and '110808_Barley_NS_CGH_HX1', the latter placing probes at different coordinates and it was used to validate results from the first design.

                                        Prediction of chromosomal positions

                                        The 211,669 contig fragments from Morex WGS Assembly1 present on the array were aligned against publicly available WGS contigs integrated with the barley physical framework [38]. Alignment was done with MegaBLAST version 2.2.18 [69]. Only fragments with a unique high quality BLAST hit (HSP longer than 150 bp and identity >95%) were considered, which resulted in 203,240 contig fragments (96% of all fragments on the array) having a match to Assembly3 sequences. The remaining 4% of the contig fragments (8,429) had to be discarded due to missing or ambiguous alignments. For fragments with equivalents in the published WGS contigs [38], the anchoring information attached to their respective contigs in the barley physical framework was retrieved. This information included genetic and physical positions, chromosome arm assignments, and fingerprinting (FP) contigs. In this manner, 88.7% of the contig fragments could be assigned to a chromosome arm and 33.7% to an FP contig.

                                        Gene prediction and functional annotation

                                        The intersection between contig fragments and annotated barley genes was determined. For this purpose, previously predicted genes [38] classified into high and low confidence were used. Protein sequences of high confidence genes were assigned functional annotations using the AFAWE pipeline [70]. Additionally, gene ontology (GO) terms for high confidence genes were computed with Interproscan version 5 beta [71]. Resulting general GO terms were converted into Plant GOslim categories using the Perl script map2slim [72]. GO term enrichment analyses were performed in agriGO [73, 74] using all genes on the array as a reference.

                                        Array validation

                                        DNA from the wheat cv. Chinese Spring (CS), barley (cv. Betzes), and a wheat-barley chromosome addition line which carries the 3HL chromosome arm of Betzes in the Chinese Spring background (CS-3HL), were isolated from leaf tissue and sent to the NimbleGen's Service Laboratory (Reykjavik, Iceland) for DNA labeling and array hybridization. To test the specificity and sensitivity of the designed array, equal amounts of CS-3HL and Betzes were labeled either with Cy3 or Cy5 and hybridized to two arrays (dye-swap replication) following NimbleGen's standard protocol [75]. Another two arrays (dye-swap technical replication) were hybridized with equal amounts of CS and Betzes as an experimental control. For both CS-3HL/Betzes and CS/Betzes contrasts, spatially corrected and normalized log2 ratios were obtained from each probe using the segMNT algorithm implemented in NimbleScan software v.2.6 (Roche NimbleGen, Inc., Madison, WI, USA). Probe log2 ratios were averaged by array contig fragment and then by contrast, and were displayed by barley chromosome/chromosome arms.

                                        Plant materials

                                        Fourteen accessions were selected for this study. Eight cultivars from different geographic origins, growth habits, and end uses including: Barke and Betzes, which are European, 2-rowed, spring-type malting barleys Harrington, a North American, 2-rowed, spring-type malting cultivar Haruna Nijo, a Japanese, 2-rowed, spring-type malting barley Bowman, a North American, 2-rowed spring-type feed barley Igri, a European, 2-rowed winter-type malting cultivar Steptoe, a North American, 6-rowed, spring-type feed barley and Franka, a European, 6-rowed winter-type malting barley. The remaining genotypes comprised a geographical selection of six wild barley (H. vulgare ssp. spontaneum) accessions. All the information describing these 14 accessions can be found in Additional file 2, Table S2.

                                        DNA labeling and array hybridizations

                                        DNAs from eight barley cultivars (Barke, Betzes, Harrington, Haruna Nijo, Bowman, Igri, Steptoe, and Franka), six wild barley accessions (Hsp11, Hsp248, Hsp278, Hsp357, Hsp462, and Hsp730), and the reference genotype 'Morex' were isolated from leaf tissue [76] and were labeled (Cy3 for sample Cy5 for reference) and hybridized following the standard protocol provided by Roche NimbleGen [75]. Arrays were scanned immediately after washing at 2 μm resolution on the MS 200 Microarray Scanner and images were processed using Roche NimbleScan software v. 2.6 (Roche NimbleGen, Inc, Madison, WI, USA). Experimental Metrics Reports were generated from each of the images to assess the quality of our array experiments. Only images that met the suggested range of values for each of the parameters evaluated were considered for further analysis. Pair reports containing the raw signal intensities for each probe on the array were produced for each array, one for the Cy3 and one for the Cy5 images. The raw data were deposited in NCBI GEO under accession number GSE44293.

                                        Data normalization and linear modeling

                                        Pair files exported from NimbleScan were imported into the Bioconductor statistical environment [77]. Array hybridization values were normalized to correct for inter-array and intra-array signal variations using Variance stabilization and calibration for microarray data (vsn, [78]). As both array platforms were designed using Morex as a reference, all individual replicated samples were exported as log2 (sample/reference) values. Normalized probe values were averaged across replicated samples and also across contig fragments for downstream analysis.

                                        Copy number analysis

                                        The expectation maximization (EM) algorithm [79] was used to estimate the mixing proportion, mean, and variance associated with two predicted subdistributions found within the tested genotype vs. Morex fragments. For each contig fragment, the posterior probability that it occurred in each of the two distributions was determined. A stringent criterion was applied to identify CNVs: only contig fragments with a P >0.95 of falling into the first subdistribution and an absolute log2 ratio (sample/reference) >0.9 were considered significant. When the log2 ratio was positive, the variant was defined as 'UpCNV', while it was classified as 'DownCNV/PAV' when the ratio was negative.

                                        Validation of CNVs

                                        A new array design ('110808_Barley_NS_CGH_HX1'), which had the same probes placed at different coordinates, was developed to validate CNVs identified in this study. Fifteen arrays produced high-quality data from genotypes Barke, Betzes, Bowman, Haruna Nijo, Steptoe, Hsp11, and Hsp730, and were used for validation. Data normalization, linear modeling, and analysis of CNV were done as explained above for the main array design. Percentages of CNVs validated were calculated.

                                        A total of 26 DownCNV/PAVs and 17 UpCNVs were selected for PCR validation and primers were designed using BatchPrimer3 [80]. Validation of DownCNV/PAVs was conducted by semi-quantitative PCR using standardized and uniform PCR conditions, and amplicons were resolved on 2% agarose gels and visualized by ethidium bromide staining. UpCNVs were analyzed via quantitative PCR (qPCR) on an Applied Biosystems PRISM qPCR system utilizing the SYBR Green PCR Master Mix (Applied Biosystems). The relative copy number was determined by calculating the 2 -ΔΔCt values using data of three technical replicates. Contig fragment 'Contig_87926:7401-7601', encoding a pyruvate kinase, was used as internal control to normalize the data, and the fold-change values were referred to Morex. Primer pairs and PCR conditions for all 43 CNVs and the controls can be found in Additional file 2, Table S5).

                                        Identification of orthologous sequences from different barley cultivars

                                        Comparison of DNA sequences containing CNVs between genotypes Morex (Assembly3, EMBL-EBI accession IDs, and CAJW010000001-CAJW012670738) and Barke (EMBL/ENA accession IDs CAJV010000001-CAJV012742077) was automated with a series of original Perl programs. The programs performed the following steps: as a reference, we used the Morex WGS contigs from which the array probes were derived. Those contigs were used in Blastn searches against Illumina sequence assemblies from WGS data of the barley cultivar Barke. The top Blastn hits were assumed to be the orthologous sequences as long as the sequence identity was >95% (this high stringency was chosen to avoid non-specific hits caused by repeats). In cases where the Morex contig was longer than the orthologous Barke contigs, the Barke sequences were concatenated into supercontigs to cover as much of the Morex reference sequence as possible. The Morex and Barke sequences were then aligned with the program Water [81], which is an implementation of the Smith-Waterman algorithm. From this sequence alignment, the contig fragment regions targeted by the probes were extracted and evaluated.

                                        For the analysis, we used only contigs which contained multiple contig fragments targeted by the CGH array. Furthermore, we required that at least one contig fragment affected by a CNV was flanked by contig fragments not affected by CNV. This was done to select contigs that contain the entire CNV flanked by non-variable sequences.

                                        Acesso de dados

                                        WGS Assembly1 of barley cv. Morex was deposited at EMBL-EBI, under accession PRJNA30763. The assembly of cultivar Barke and Assembly3 of cultivar Morex have been published before and are available under EMBL/ENA accession IDs CAJV010000001-CAJV012742077 and CAJW010000001-CAJW012670738, respectively. Both assemblies can also be downloaded from Helmholtz Zentrum München [82]. Design files of the barley CGH custom array '101206_Barley_NS_CGH_HX1' and raw. pair files resulted from array hybridizations have been submitted to NCBI GEO under accession GSE44293 [83].


                                        Assista o vídeo: jak przysłonić, zasłonić ziemię w doniczce u roślin domowych? (Novembro 2021).