3.4.4. Наземно-повітряне середовище життя

Наземно-повітряне середовище — найскладніше за екологічними умовами. Життя на суходолі вимагало таких пристосувань, які виявилися можливими лише за достатньо високого рівня організації як рослин, так і тварин.

Повітря як екологічний чинник для наземних організмів. Низька щільність повітря визначає його малу підйомну силу та незначну силу опору. Мешканці повітряного середовища повинні мати власну опорну систему, що підтримує тіло: рослини — різноманітні механічні тканини, тварини — твердий або, значно рідше, гідростатичний скелет. Крім того, всі мешканці повітряного середовища тісно пов’язані з поверхнею землі, яка служить їм для прикріплення та опори. Життя у завислому стані у повітрі неможливе.

Безліч мікроорганізмів і тварин, спори, насіння, плоди та пилок рослин регулярно присутні у повітрі й розносяться повітряними течіями, багато тварин здатні до активного польоту, проте в усіх цих видів основна функція їх життєвого циклу — розмноження — здійснюється на поверхні ґрунту. Для більшості з них перебування у повітрі пов’язане тільки з розселенням або пошуком здобичі.

Мала щільність повітря обумовлює низьку опірність пересуванню. Тому багато наземних тварин використовували у ході еволюції екологічні вигоди цієї властивості середовища, набувши здатність до польоту. До активного польоту здатні близько 75 % видів наземних тварин (переважно комахи та птахи, але трапляються «літуни» і серед ссавців і рептилій). Літають наземні тварини в основному за допомогою мускульних зусиль, але деякі можуть і планерувати за рахунок повітряних течій.

У багатьох видів розвинена анемохорія — розселення за допомогою повітряних потоків. Анемохорія характерна для спор, насіння та плодів рослин, цист найпростіших, дрібних комах, павуків, ракоподібних. Організми, що пасивно переносяться потоками повітря, отримали у сукупності назву аеропланктону за аналогією з планктонними мешканцями водного середовища. Спеціальні адаптації для пасивного польоту: дрібні розміри тіла, збільшення площі його поверхні за рахунок виростів, сильного розчленування тіла, великої відносної поверхні крил, використання павутини тощо.

Мала щільність повітря обумовлює також порівняно низький тиск на суходолі. У нормі він дорівнює 760 мм рт. ст. Зі збільшенням висоти над рівнем моря тиск зменшується. На висоті 5800 м він дорівнює лише половині нормального. Таким чином, низький тиск може обмежувати розповсюдження видів у горах. Для більшості хребетних верхня межа життя знаходиться на висоті близько 6000 м н. р. м. Зниження тиску спричиняє зменшення забезпеченості киснем і зневоднення тварин за рахунок збільшення частоти дихання. Приблизно такі ж межі просування в горах у вищих рослин. Дещо витриваліші членистоногі (ногохвістки, кліщі, павуки), які можуть траплятися на льодовиках, вище за межу поширення рослинності. У цілому всі наземні організми набагато більш стенобатні, ніж водні, оскільки звичайні коливання тиску навколишнього середовища становлять долі атмосфери і навіть для птахів, що піднімаються на велику висоту, не перевищують 1/3 нормального.

Газовий склад повітря. Окрім фізичних властивостей повітряного середовища, для існування наземних організмів надзвичайно важливіші його хімічні особливості. Газовий склад повітря у приземному шарі атмосфери досить однорідний відносно вмісту головних компонентів (азот — 78,1 %, кисень — 21,0, аргон — 0,9, вуглекислий газ — 0,035 % за об’ємом) завдяки високій дифузійній здатності газів і постійному перемішуванню конвекційними та вітровими потоками.

Високий вміст кисню сприяв підвищенню обміну речовин у наземних організмів порівняно з первинноводними. Саме у наземному середовищі, на базі високої ефективності окислювальних процесів в організмі, виникла гомойотермія тварин.

Вміст вуглекислого газу може змінюватися в окремих ділянках приземного шару повітря в досить значних межах. Наприклад, за відсутності вітру в центрі великих міст концентрація його збільшується в десятки разів. Закономірні добові зміни вмісту вуглекислоти в приземних шарах пов’язані з ритмом фотосинтезу рослин. Сезонні зміни обумовлені змінами інтенсивності дихання живих організмів, переважно мікроскопічного населення ґрунтів. Підвищене насичення повітря вуглекислим газом спостерігається у зонах вулканічної активності, поблизу термальних джерел та інших підземних виходів цього газу.

У природі основне джерело вуглекислоти — так зване ґрунтове дихання. Ґрунтові мікроорганізми та тварини дихають дуже інтенсивно. Вуглекислий газ дифундує з ґрунту до атмосфери, особливо активно під час дощу. Багато його виділяють ґрунти помірно вологі, такі, що добре прогріваються, багаті органічними залишками. Наприклад, ґрунт букового лісу виділяє СО₂ від 15 до 22 кг/га за годину, а збіднений піщаний — лише 2 кг/га за годину.

Азот повітря для більшості мешканців наземного середовища — інертний газ, але низка прокаріотичних організмів (бульбочкові бактерії, азотобактер, клостридії, ціанобактерії тощо) мають здатність асимілювати його та залучати до біологічного кругообігу.