Ochrona energii w biomie tundry

W miejscach, gdzie energia i zasoby są ograniczone, organizmy muszą znaleźć sposób na konkurowanie lub oszczędzanie energii, aby przetrwać. Energia w ekosystemie występuje w kilku formach, w tym energii cieplnej i świetlnej ze słońca; energia chemiczna w cząsteczkach, takich jak cukry, tłuszcze, białka i węglowodany; ciepło wydzielane przez organizmy podczas metabolizmu i tracone do środowiska; oraz energia kinetyczna lub ruchowa. Oszczędzanie energii w ekosystemie może obejmować różne strategie ze strony organizmów, w tym: minimalizując straty ciepła, magazynując energię chemiczną, maksymalizując pobór energii słonecznej i ograniczając ruch.

Arktyczna tundra leży w regionach na południe od bieguna północnego i na północ od tajgi lub lasów borealnych, głównie między 55 a 70 stopniem szerokości geograficznej północnej. Niektóre miejsca podobne do tundry istnieją również w pobliżu Antarktydy, chociaż zawsze są one pokryte śniegiem lub lodem, a nie prawdziwa tundra. Ze względu na nachylenie Ziemi Słońce leży nisko nad horyzontem, a jego promienie muszą przejść przez większą ilość atmosfery, zanim dotrą do tundry, zmniejszając całkowitą energię słoneczną. Lata w arktycznej tundrze są krótkie – tylko od 50 do 60 dni – ale w okolicach przesilenia słońce świeci 24 godziny lub prawie 24 godziny na dobę. W tym czasie tundra może otrzymywać tyle samo energii słonecznej, co niektóre obszary tropikalne. Zima jednak ciągnie się długo i ciemno, a dni mijają prawie bez słońca lub słońce wschodzi tuż nad horyzontem na kilka godzin.

Ze względu na niskie promieniowanie słoneczne i geografię, tundra jest wyjątkowo zimna zimą (średnio -30 stopni F) i zwykle jest stosunkowo chłodna (37 do 54 stopni F) latem. Opady są niskie - tylko 4 do 10 cali rocznie - i zwykle padają w postaci śniegu lub lodu. Trwale zamarznięta podwarstwa gleby zwana wieczną zmarzliną sprawia, że ​​drenaż jest słaby, a niskie temperatury spowalniają parowanie i rozkład, tak wiele dostępnej energii i składników odżywczych w tundrze znajduje się w martwych organizmach organicznych materia. Podczas letnich roztopów pojawiają się torfowiska, a obfitość kwitnących roślin, roje owadów i miliony ptaków wykorzystują ulotny okres ciepła, by zaopatrzyć się w pokarm. Przed powrotem zimy niektóre ptaki i ssaki migrują na południe, ale inne zostają, by znosić ciemność i mroźne temperatury.

Rośliny tundry i inna roślinność posiadają szereg przystosowań do zimna, wiatru i niskiej energii słonecznej. Zwykle są małe i rosną nisko, aby uzyskać ciepło z ziemi, na przykład porostów i mchów; mają ciemny kolor – czasami czerwony – aby lepiej absorbować światło słoneczne; koncentrują większość swojej biomasy i przechowywania żywności w korzeniach pod ziemią, gdzie jest cieplej; mogą fotosyntetyzować lub wykorzystywać energię słoneczną w niskich temperaturach i słabym oświetleniu; niektóre, w tym wierzba arktyczna, mają liście pokryte włosami, które zatrzymują ciepło; i mogą rosnąć w kępach lub matach, aby chronić się przed wiatrem i zimnem, na przykład skalnica czubata. Większość roślin tundry to rośliny wieloletnie, a nie jednoroczne, utrzymujące liście przez zimę, aby oszczędzać energię; a niektóre mają kwiaty w kształcie naczyń, które podążają ścieżką słońca, koncentrując energię słoneczną. Rośliny tundry przyspieszają również proces rozmnażania poprzez pączkowanie lub dzielenie zamiast rozmnażania płciowego, co wiązałoby się z bardziej czasochłonną i energochłonną produkcją nasion. Ponadto śnieg tundry pomaga izolować rośliny od zimna i wiatru.

Wiele zwierząt tundry oszczędza energię cieplną dzięki kształtowi ciała. Na przykład lemingi i niedźwiedzie są krótkie i krępe z krótkimi ogonami, uszami i kończynami; niski stosunek powierzchni do objętości oznacza, że ​​z ciała ucieka mniej ciepła. Ssaki tundry i niektóre ptaki mają również grube futro lub pióra, wiele warstw futra, wodoodporne płaszcze lub pióra i/lub pióra lub futro na spodzie stóp, aby utrzymać ciepło. Lis polarny owija się wokół siebie puszystym ogonem jak koc, a niedźwiedzie grizzly i polarne mają gruba warstwa tłuszczu lub tłuszczu pod skórą, którą ciężko pracują, aby nagromadzić się, obżerając się podczas szorstkości lata. Wiele zwierząt tundry ma ciemne kolory, aby pochłaniać energię słoneczną, chociaż niektóre zimą stają się białe, aby lepiej unikać drapieżników. Co ciekawe, futro i skóra niedźwiedzia polarnego nie są w rzeczywistości białe. Futro – które jest puste i dobrze izolujące – jest czyste, odbija białe światło, ale przepuszcza większość światła słonecznego, które jest pochłaniane przez czarną skórę. Zimą niedźwiedzie grizzly i wiewiórki arktyczne oszczędzają energię, usypiając się w norach przez okres do sześciu do ośmiu miesięcy, karibu obniżają metabolizm, woły piżmowe ograniczają ich aktywność, a komary zastępują płyny w ich ciałach naturalnym środkiem przeciw zamarzaniu zwanym glicerolem, zamrażanie.