Nei luoghi in cui l'energia e le risorse sono scarse, gli organismi devono trovare modi per competere o conservare energia per sopravvivere. L'energia in un ecosistema esiste in diverse forme, inclusa l'energia termica e luminosa del sole; energia chimica nelle molecole, come zuccheri, grassi, proteine e carboidrati; calore ceduto dagli organismi durante il metabolismo e disperso nell'ambiente; e l'energia cinetica o di movimento. La conservazione dell'energia in un ecosistema può comportare una varietà di strategie da parte degli organismi, tra cui minimizzando la perdita di calore, immagazzinando energia chimica, massimizzando la raccolta di energia solare e limitando movimento.
Geografia della tundra
La tundra artica si trova nelle regioni appena a sud del polo nord ea nord della taiga o foreste boreali, per lo più tra le latitudini di 55 e 70 gradi nord. Alcuni luoghi simili alla tundra esistono anche vicino all'Antartide, sebbene siano sempre coperti di neve o ghiaccio e non la vera tundra. A causa dell'inclinazione della Terra, il sole è basso sull'orizzonte e i suoi raggi devono viaggiare attraverso più atmosfera prima di raggiungere la tundra, riducendo l'energia solare totale. Le estati nella tundra artica sono brevi - solo da 50 a 60 giorni - ma intorno al solstizio il sole splende 24 ore o quasi 24 ore al giorno. A quel tempo, la tundra può ricevere tanta energia solare quanto alcune aree tropicali. L'inverno si trascina lungo e buio, tuttavia, e le giornate passano quasi senza sole, o il sole sorge appena sopra l'orizzonte per alcune ore.
Clima della tundra
A causa della bassa radiazione solare e della geografia, la tundra è estremamente fredda in inverno (in media -30 gradi F) e tende ad essere relativamente fresca (da 37 a 54 gradi F) in estate. Le precipitazioni sono basse - solo da 4 a 10 pollici all'anno - e di solito cadono sotto forma di neve o ghiaccio. Un sottostrato di terreno permanentemente congelato chiamato permafrost rende il drenaggio scarso e le basse temperature rallentano evaporazione e decomposizione, gran parte dell'energia e dei nutrienti disponibili nella tundra esistono in organici morti importa. Durante i disgeli estivi, compaiono le torbiere e una profusione di piante in fiore, sciami di insetti e milioni di uccelli approfittano del fugace periodo di caldo per rifornirsi di cibo. Prima del ritorno dell'inverno, alcuni uccelli e mammiferi migrano verso sud, ma altri rimangono per sopportare l'oscurità e le temperature rigide.
Conservazione dell'energia nella vegetazione della tundra
Le piante della tundra e altra vegetazione possiedono una serie di adattamenti al freddo, al vento e alla bassa energia solare. Tendono ad essere piccoli e crescono bassi per ottenere calore dal terreno, come licheni e muschi; sono di colore scuro, a volte rosso, per assorbire meglio la luce solare; concentrano gran parte della loro biomassa e delle scorte di cibo nelle radici sotterranee, dove fa più caldo; possono fotosintetizzare, o sfruttare l'energia del sole, a basse temperature e poca luce; alcuni, incluso il salice artico, hanno foglie ricoperte di "capelli" per intrappolare il calore; e possono crescere in ciuffi o stuoie per proteggersi dal vento e dal freddo, come la sassifraga dai ciuffi. La maggior parte delle piante della tundra sono perenni anziché annuali, mantenendo le foglie durante l'inverno per risparmiare energia; e alcuni hanno fiori a forma di piatto che seguono il percorso del sole, concentrando l'energia solare. Le piante della tundra accelerano anche il processo di riproduzione gemmando o dividendo invece di riprodursi sessualmente, il che comporterebbe una produzione di semi più dispendiosa in termini di tempo ed energia. Inoltre, la neve della tundra aiuta a isolare le piante dal freddo e dal vento.
Conservazione dell'energia negli animali della tundra
Molti animali della tundra conservano l'energia termica attraverso la forma del loro corpo. I lemming e gli orsi, ad esempio, sono bassi e tozzi con code, orecchie e arti corti; un basso rapporto superficie-volume significa che meno calore fuoriesce dal corpo. I mammiferi della tundra e alcuni uccelli hanno anche una folta pelliccia o piume, più strati di pelliccia, cappotti o piume impermeabili e/o piume o pelliccia sulla parte inferiore dei loro piedi per stare al caldo. La volpe artica avvolge la sua folta coda su se stessa come una coperta quando dorme, e gli orsi grizzly e polari hanno un uno spesso strato di grasso o grasso sotto la pelle, che lavorano duramente per accumulare rimpinzandosi durante il breve estati. Molti animali della tundra sono di colore scuro per assorbire l'energia del sole, anche se alcuni diventano bianchi in inverno per sfuggire meglio ai predatori. È interessante notare che la pelliccia e la pelle dell'orso polare non sono in realtà bianche. La pelliccia - che è cava e isola bene - è chiara, riflette la luce bianca ma lascia entrare la maggior parte della luce solare, che viene assorbita dalla pelle nera. In inverno, gli orsi grizzly e gli scoiattoli di terra artici risparmiano energia andando in letargo nelle tane per un massimo di sei-otto mesi, i caribù abbassano il loro metabolismo, i buoi muschiati limitano la loro attività e le zanzare sostituiscono i liquidi nei loro corpi con un tipo naturale di antigelo chiamato glicerolo per evitare congelamento.
