الحفاظ على الطاقة في منطقة التندرا الأحيائية

في الأماكن التي تندر فيها الطاقة والموارد ، يجب أن تجد الكائنات الحية طرقًا للتنافس أو الحفاظ على الطاقة من أجل البقاء على قيد الحياة. توجد الطاقة في النظام البيئي بعدة أشكال ، بما في ذلك الحرارة والطاقة الضوئية من الشمس ؛ الطاقة الكيميائية في الجزيئات ، مثل السكريات والدهون والبروتينات والكربوهيدرات ؛ الحرارة المنبعثة من الكائنات الحية أثناء التمثيل الغذائي وتضيع في البيئة ؛ والطاقة الحركية أو الحركية. يمكن أن يتضمن الحفاظ على الطاقة في نظام بيئي مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات من جانب الكائنات الحية ، بما في ذلك التقليل من فقد الحرارة ، وتخزين الطاقة الكيميائية ، وتعظيم تجميع الطاقة الشمسية وتقييدها حركة.

تقع التندرا القطبية الشمالية في مناطق جنوب القطب الشمالي مباشرةً وشمال غابات التايغا أو الغابات الشمالية ، ومعظمها بين خطي عرض 55 و 70 درجة شمالًا. توجد أيضًا بعض الأماكن الشبيهة بالتندرا بالقرب من القارة القطبية الجنوبية ، على الرغم من أنها دائمًا مغطاة بالثلوج أو الجليد وليست التندرا الحقيقية. بسبب ميل الأرض ، تقع الشمس في مستوى منخفض في الأفق ، ويجب أن تنتقل أشعةها عبر المزيد من الغلاف الجوي قبل الوصول إلى التندرا ، مما يقلل من إجمالي الطاقة الشمسية. الصيف في التندرا القطبية الشمالية قصير - فقط من 50 إلى 60 يومًا - ولكن حول الانقلاب الشمسي ، تشرق الشمس 24 ساعة أو ما يقرب من 24 ساعة في اليوم. في ذلك الوقت ، يمكن أن تستقبل التندرا نفس القدر من الطاقة الشمسية مثل بعض المناطق الاستوائية. يمتد الشتاء طويلًا ومظلمًا ، ومع ذلك ، تمر الأيام بلا شمس تقريبًا ، أو تشرق الشمس فوق الأفق لبضع ساعات.

بسبب انخفاض الإشعاع الشمسي والجغرافيا ، تكون التندرا شديدة البرودة في الشتاء (في المتوسط ​​-30 درجة فهرنهايت) وتميل إلى أن تكون باردة نسبيًا (37 إلى 54 درجة فهرنهايت) في الصيف. هطول الأمطار منخفض - فقط من 4 إلى 10 بوصات في السنة - وعادة ما يتساقط على شكل ثلج أو جليد. طبقة فرعية متجمدة بشكل دائم من التربة تسمى التربة الصقيعية تجعل الصرف رديئًا ، وتبطئ درجات الحرارة الباردة التبخر والتحلل ، فإن الكثير من الطاقة والعناصر الغذائية المتاحة في التندرا موجودة في العضوية الميتة شيء. خلال ذوبان الجليد في الصيف ، تظهر المستنقعات ، وتستفيد وفرة من النباتات المزهرة وأسراب من الحشرات وملايين الطيور من فترة الدفء العابرة لتخزين الطعام. قبل عودة الشتاء ، تهاجر بعض الطيور والثدييات جنوبا ، لكن يبقى البعض الآخر لتحمل الظلام ودرجات الحرارة الباردة.

تمتلك نباتات التندرا وغيرها من النباتات عددًا من التكيفات مع البرودة والرياح والطاقة الشمسية المنخفضة. تميل إلى أن تكون صغيرة وتنمو منخفضة للحصول على الدفء من الأرض ، مثل الحزاز والطحالب ؛ لونها داكن - أحمر أحيانًا - لامتصاص أشعة الشمس بشكل أفضل ؛ يركزون الكثير من كتلتهم الحيوية وتخزين الطعام في الجذور تحت الأرض ، حيث يكون الجو أكثر دفئًا ؛ يمكنهم التمثيل الضوئي ، أو تسخير طاقة الشمس ، في درجات حرارة منخفضة وضوء منخفض ؛ وبعضها ، بما في ذلك صفصاف القطب الشمالي ، لها أوراق مغطاة بالشعر لحبسها في الحرارة ؛ وقد تنمو في كتل أو حصائر لتحمي نفسها من الرياح والبرد ، مثل أوراق الساكسف المعنقدة. تعتبر معظم نباتات التندرا نباتات معمرة بدلاً من النباتات الحولية ، حيث تحتفظ بأوراقها طوال الشتاء لتوفير الطاقة ؛ وبعضها يحتوي على أزهار على شكل طبق تتبع مسار الشمس ، وتركز الطاقة الشمسية. تعمل نباتات التندرا أيضًا على تسريع عملية التكاثر عن طريق التبرعم أو الانقسام بدلاً من التكاثر الجنسي ، مما قد يتطلب المزيد من إنتاج البذور الذي يستهلك الكثير من الوقت والطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يساعد ثلج التندرا في عزل النباتات عن البرد والرياح.

تحافظ العديد من حيوانات التندرا على الطاقة الحرارية من خلال شكل أجسامها. القوارض والدببة ، على سبيل المثال ، قصيرة وممتلئة الذيل والأذنين والأطراف ؛ تعني نسبة مساحة السطح إلى الحجم المنخفضة هروب حرارة أقل من الجسم. تمتلك ثدييات التندرا وبعض الطيور أيضًا فروًا كثيفًا أو ريشًا وطبقات متعددة من الفراء ومعاطف مقاومة للماء أو ريش و / أو ريش أو فرو على الجانب السفلي من أقدامها للتدفئة. يلف الثعلب القطبي ذيله الكثيف حول نفسه مثل بطانية عندما ينام ، والدببة الرمادية والقطبية لديها طبقة سميكة من الدهون أو الشحوم تحت الجلد ، والتي تعمل بجد لتتراكم عن طريق التهامها خلال فترة قصيرة الصيف. العديد من حيوانات التندرا داكنة اللون لامتصاص طاقة الشمس ، على الرغم من أن بعضها يتحول إلى اللون الأبيض في الشتاء لتجنب الحيوانات المفترسة بشكل أفضل. ومن المثير للاهتمام أن فراء وجلد الدب القطبي ليسا أبيضًا في الواقع. الفراء - وهو أجوف وعازل جيدًا - واضح ، ويعكس الضوء الأبيض ولكنه يسمح بمعظم ضوء الشمس الذي يمتصه الجلد الأسود. في فصل الشتاء ، تحافظ الدببة الرمادية والسناجب الأرضية في القطب الشمالي على الطاقة من خلال البقاء في حالة سبات في الأوكار لمدة تصل إلى ستة إلى ثمانية أشهر ، وتخفض الوعل الأيض ، ثيران المسك تحد من نشاطها والبعوض يستبدل السوائل في أجسامهم بنوع طبيعي من مضاد التجمد يسمى الجلسرين لمنعه من تجميد.