גורם מגביל

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

באקולוגיה, גורם מגביל (Limiting factor) הוא אחד ממשתני הסביבה או מהמשאבים הדרושים לאורגניזם בבית הגידול שלו שנמצא בחסר, עד כדי כך שהוא מעכב את התפשטותו של האורגניזם ומגביל את השפעה שלו. גורם מגביל יהיה תמיד גורם יחיד. אם יש גורמים נוספים בבית הגידול הנמצאים בחסר, הרי שהגורם המגביל הוא זה שמגביל את השִפעה במידה המרובה ביותר. אם מסלקים את הגורם המגביל, גורם אחר שנמצא בחסר הופך להיות הגורם המגביל. דוגמה: בתנאי הארץ, הגורם המגביל העיקרי מבחינת הצמחים הוא כמויות המים הזמינות לצמח לאורך השנה. בעונות של שפע מים (חורף) האור יכול להיות הגורם המגביל.

גורם בעודף (Excessive factor) - אחד מגורמי בית הגידול הנמצא בעודף עד כדי כך שהוא מגביל את השִפעה. גורם בעודף מביא על פי רוב לחסר בגורמים אחרים, על ידי כך שהוא מתחרה בגורמים אלה או מעכב את פעילותם ובכך הוא מעכב התפתחות ומגביל שִפעה. דוגמה: עודף של מומסים בקרקע מקשה על קליטת המים על ידי הצמחים, גם כאשר יש שפע של מים בקרקע. מצב כזה קיים בביצות מלוחות.


תוכן עניינים

[עריכה] המים כגורם מגביל

צמח הגדל באזור שבו המים הם גורם משמעותי (כמו למשל במדבר), יפתח דרכי חיסכון שונות שונות כדי לשרוד את הדיות (אידוי המים מהצמח) המוגבר שגורמות הרוחות והקרינה.

[עריכה] דרכי התמודדות עם מחסור במים

נמצאות בשימוש בעיקר אצל צמחי מדבר.

  1. מערכת שורשים מסועפת במיוחד המאפשרת שטח פנים גדול יותר וקליטת מים יעילה יותר.
  2. צמרת רחבה ושטוחה כדי להצל על האדמה ולמנוע התנדפות מים מהקרקע.
  3. עלוות קיץ מועטת בעלת עלים קטנים כדי למנוע איבוד מים משטח העלה (שטח הדיות קטן יותר).
  4. פיוניות המופנות כלפי מטה כדי למנוע דיות של המים מתוכן.
  5. פיוניות הנפתחות רק בלילה כדי לאפשר פוטוסינתזה (באמצעות אנרגיה שנקלטה במהלך היום) באיבוד מופחת של מים (שכן בלילה הטמפרטורה נמוכות יותר ואין קרינה).
  6. פיוניות שקועות בתוך הגבעול כדי ללכוד את המים מבלי לאפשר להם יציאה.
  7. הורמון צמחי המנביט את הזרע אך רק בתגובה לכמויות מסוימות של מים בסביבתו. ההורמון מווסת את הנביטה ע"פ כמויות המים.

[עריכה] הטמפרטורה כגורם מגביל

הטמפרטורה היא גורם מגביל בהרים ובמקומות קרים שבהם האורגניזמים מותאמים אליה. ישנו טווח טמפרטורה שהכרחית לקיום תהליכים אנזימטיים והטווח שונה מעט מאורגניזם לאורגניזם. טווח זה נקרא טמפרטורה אופטימלית. ככל שהיצור מפותח יותר מבחינה אבולוציונית, גופו מתפקד בצורה טובה יותר והוא בעל מנגנוני וויסות טמפרטורה יעילים יותר השומרים על יציבות טמפ' גופו של האורגניזם.

[עריכה] הטמפרטורה כגורם משפיע על האורגניזמים בבית הגידול

מבחינת וויסות הטמפרטורה, מתחלקים בעלי החיים לשתי קבוצות עיקריות:

  1. פויקילותרמיים שכוללים את כל חסרי החוליות, ומבין בעלי החוליות הם כוללים את הדגים, דו חיים וזוחלים. הפויקילותרמיים הם חסרי מנגנון וויסות טמפרטורה פנימי. וויסות הטמפרטורה נעשה על-ידי תנועה לאזור חם או קר יותר. לדוגמה: לטאות חושפות את עצמן לשמש כדי להתחמם וכאשר הטמפ' גבוהה מידי הן עומדות גבוה על רגליהן כדי להרחיק את גופן מן הסלע.
  2. ההומאותרמיים שכוללים עופות ויונקים. ההומאותרמיים הם בעלי מנגנון ויסות טמפרטורה פנימי. שינוי בטמפרטורת גופם גורם להפרשת הורמונים לדם, השפעתם יכולה להתבטא בזירוז או האטת ייצור החום ברקמות. בנוסף, הם מווסתים את טמפרטורת גופם על-ידי צימצום הפסדי החום אל הסביבה והגברת קליטת החום ממנה. יונקים למשל לרוב מגדלים פרווה סמיכה וארוכה יותר בחורף לעומת פרווה קצרה ודלילה יותר בקיץ.

[עריכה] השפעת הטמפרטורה על צריכת החמצן

  • בפויקילותרמיים צריכת החמצן משתנה בהתאם לטמפ' כדי לאפשר וויסות חום.
  • בהומאותרמיים צריכת החמצן יורדת ככל הטמפ' עולה, כדי לייצר פחות חום בתהליכי שריפה, אך מטמפ' מסוימת, צריכת החמצן אינה משתנה כדי לא לרדת לרמה מסוכנת.
  • התחום שבו צריכת החמצן אינה משתנה והטמפ' היא אופטימלית נקרא - התחום התרמונטרלי. לרוב, התחום התרמונטרלי נע בין 25 ל35 מעלות צלזיוס.

[עריכה] הרוח כגורם מגביל

הרוח נחשבת לגורם מגביל מכיוון שיש לה השפעות רבות על בית הגידול, למרות שבניגוד לשאר הגורמים המגבילים, מחסור ברוח לא פוגע באורגניזמים החיים בבית הגידול, למרות זאת, יש לרוח יתרונות בהבטחת המשכיות בית הגידול והפצת האורגניזמים שבו לבתי גידול נוספים.

[עריכה] השפעות ישירות של הרוח על בית הגידול

  1. רוח חזקה הפוגעת בעץ עלולה לשבור את ענפיו או אף לעקור אותו מהקרקע.
  2. גרגירי החול הנסחפים עם הרוח ופוגעים בעלים, גורמים לשחיקה ולפציעה של שטח פני העלה ועלולים לגרום להתייבשותו ולמותו.
  3. יחד עם הנזק, הרוח מועילה, למשל בהפצת גרגירי אבקה, פירות וזרעים והפצת חרקים זעירים.

[עריכה] השפעות פיזיולוגיות של הרוח על האורגניזמים בבית הגידול

  • בצמחים:
  1. הרוח גורמת להגברת הדיות הנובעת מכך שהרוח מרחיקה מפני העלה את שכבת האוויר הלחה ומפל הריכוזים גדל. כאשר מפל הריכוזים גדל, אדי מים נוספים נפלטים מפתח הפיוניות.
  2. הרוח גם מקררת את העלה בשעה שהדיות מוגבל.
  • בבעלי חיים:
  1. הרוח מגבירה את אידוי הזיעה וגורמת לירידת טמפ' הגוף. כאשר הרוח מקררת את הגוף, על בעל החיים להתחמם ולשם כך עליו להשקיע אנרגיה רבה בחימום המים שבו. האנרגיה נפלטת בחום מתוך הגוף.
  2. רוח חזקה עלולה להעיף את העלים ממקומות המסתור של יונקים קטנים ובכך להזיק למקום המחסה שלהם.
  3. מסלולי הנדידה של עופות נודדים גובשו במהלך האבולוציה בהתאמה לזרמי האוויר במסלולי הנדידה. מסלולי הנדידה ארוכים דרך היבשה ולא קצרים דרך הים מכיוון שהאויר שמעל היבשה חם יותר ומאפשר להן לדאות ולחסוך באנרגיה מאשר לעוף ולהתעייף.

[עריכה] האור כגורם מגביל

האור הוא סוג של קרינה החיונית לקיום תהליכי חיים בצמחים באופן כללי, ובאופן ספציפי אנרגיית האור שנקלטת בגופיפים הפיגמנטים של הצמח מאפשרת לו לבצע פוטוסינתזה שחיונית לצמח לשם יצירת אנרגיה הדרושה לקיומו. ההתמקדות באור כגורם מגביל היא בשלושת סוגי הקרינה העיקריים לתהליכי החיים:

  1. תחום הקרינה האולטרא-סגולה;גורמת להתרבות הפיגמנטים בעור (זהו השיזוף) ובעצמה חזקה מידי היא אף יכולה לגרום למוטציות בDNA וכך להביא לגידולים סרטניים. הקרינה האולטרא-סגולה חיונית ליצירת אוזון שלמעשה מגן מפניה - כל שלישיית מולקולות של O2 הופכת לשתי מולקולות אוזון (O3). אצל מיני חרקים מסוימים, תחום הראייה נע בקרינה האולטרא-סגולה.
  2. תחום הקרינה האינפרא-אדומה; קרינה הנמדדת על ידי הבדלי טמפ' ובני אדם חשים בה כחום באופן כללי. בעלי חיים מסוימים דוגמת נחשים מסוגלים לבנות ע"פ הבדלי הטמפ' (תדירויות הקרינה) תמונה מלאה של הטרף ולזהותו ע"פ חום גופו גם כאשר הוא מסתתר. קרינה זו חיונית לקיום תנאי טמפ' אופטימליים לקיום תהליכי חיים. קרינה זו אחראית על מחזוריות המים בטבע עקב אידוי הגורם להתעבות עננים וירידת גשמים.
  3. תחום האור הנראה; רשתית העין האנושית רגישה לאורכי הגל של האור הנראה והמוח מפרש אותם כצבעים.

[עריכה] התאמות אורגניזמים למחסור באור

במקומות חשוכים כמו למשל השכבות הכי עמוקות של הים או מערות החבויות באדמה, אין מספיק אור או שאין אור כלל. בעלי החיים באופן כללי זקוקים לאור כדי לראות וכדי לייצר ויטמינים שונים (האדם למשל מייצר ויטמין D שחיוני לספיגת הסידן בעצמות, בנוכחות אור). צמחים זקוקים לאור לשם פוטוסינתזה. לשם כך פיתחו האורגניזמים החיים במקומות אלו כלים שונים להתמודדות עם המחסור באור.

[עריכה] התאמות צמחים

  • לאורכי הגל ירוק וצהוב עצמה גבוהה מאוד ולכן צמחי היבשה משתמשים בפיגמנטים ירוקים וצהובים (כלורופילים) כדי להחזיר את הקרינה הירוקה והצהובה ולקלוט את הקרינה האדומה, הכתומה, הכחולה והסגולה.
  • לאורכי הגל הנ"ל, מלבד ירוק וצהוב, ישנה עצמה פחותה יותר ולכן בניגוד לצהוב וירוק, הם אינם חודרים עמוק אל תוך מי הים. צמחי המים פיתחו פיגמנטים אדומים וכתומים (קארוטנים) ופיגמנטים כחולים וסגולים (אנתוציאנינים). פיגמנטים אלו מחזירים את אורכי הגל הללו אך קולטים את אורכי הגל ירוק וצהוב שחודרים היטב (לעומת השאר) אל שכבות המים העמוקות.
  • אדמת יער הגשם ענייה באור מכיוון שצומחים בה עצים גבוהים בעלי כיפות רחבות המסתירים את הצמחים הנמוכים מהם ומונעים מהם אור. הצמחים החיים על קרקעית היער פיתחו מספר שיטות להישרדות:
  1. עליהם של הצמחים רחבים וארוכים מאוד כדי לקלוט כל קרן אור שמצליחה לחדור מבעד לעצים.
  2. צמחים טורפים ביטלו את הצורך בפוטוסינתזה על ידי כך שהם ניזונים מחרקים ומפרישים אנזימי עיכול המשחררים מהחרקים את האנרגיה הדרושה להם.
  3. שרכים מסוימים הפכו לצמחים מטפסים כדי לטפס על העצים ולהגיע לצמרותיהם כדי להיחשף לאור.
  4. צמחים מטפסים אחרים ופטריות פשוט נצמדים לעצים ויונקים מהם את כל החומרים הדרושים להם לשם קיום.
  5. הפטריות אף אינן מייצרות פיגמנט, צבען לבן והן גדלות קרוב לשורשים של העצים, היכן שמקורות ההזנה עשירים ביותר.

[עריכה] התאמות בעלי חיים

התאמת בעלי חיים ימיים לעומת בעלי חיים יבשתיים למחסור באור משתנה בהתאם לתנאים.

  • בעלי חיים ימיים:
  1. בקרקעית הים, בשכבות העמוקות ביותר של המים, היכן שהאור החודר כל-כך מועט עד שהמים חשוכים לחלוטין, ישנם מינים שונים של דגים בעלי איברים מיוחדים המכילים תרכובות זרחניות המאירות את המים. תופעה זו היא היחידה בטבע של פליטת אור קר (בדרך כלל תהליכים המפיצים אור מלווים גם בהפצת חום).
  2. מינים של דגים כגון כרישים, פיתחו מנגנון הרגיש לשדות חשמליים והם מוצאים את דרכם ואת מזונם באמצעות שימוש באותם שדות חשמליים.
  3. יונקים ימיים כגון דולפינים ולווייתנים משתמשים במערכת על-קולית (סונאר או Echo Location) המסתמכת על ההד החוזר מעצמים הנמצאים בקירבתם. ליונק הימי שמשתמש בסונאר (בולט בעיקר אצל דולפינים) ישנה בלוטה מעל הראש המפיקה צלילים בתדרים מסוימים. התדרים הללו חוזרים באמצעות הד מעצמים ואורגניזמים הנמצאים בקרבת הדולפינים. ההד נקלט בגולגולת הדולפין והמוח מפרש את הנתונים שנתקבלו - את הזמן שלקח להד לחזור, את המרחק שהוא עבר וכו', לתמונה אחת.
  • בעלי חיים יבשתיים:
  1. במערות חשוכות חיים מינים של סרטנים, דגיגים וזוחלים שמהלך האבולוציה וויתרו על עיניהם ועל הפיגמנטים שבגופם כיוון שממילא אין אור. הם מוצאים את דרכים באמצעות חושים אחרים כגון חוש המישוש.
  2. גחליליות ומספר מיני חרקים נוספים משתמשים בתרכובות זרחניות כדי להאיר את דרכן בחושך אך גם לשם חיזור (כאשר החרק מחזר, מופרשים הורמוני מין - פרומונים).
  3. עטלפים משתמשים במערכת סונאר, כמו זו של היונקים הימיים, כדי לאתר עצמים בסביבתם וכמו-כן את טרפם. בניגוד לסביבה מימית, באויר תנודות הקול עוברות מהר יותר ולכן העטלף מסוגל לקלוט גם משק כנפיים של פרפר ללא שימוש בהד שהוא יוצר בעצמו. בנוסף, לעטלף יש אזניים מאוד גדולות ביחס לגוף שהמבנה שלהן הוא מעין משפך המרכז את כל הצלילים למוחו.
  4. יונקים כגון חתולים ופרות משתמשים בפיגמנט שחור הנמצא בנוזל התוך-עיני שלהם והוא קולט את קרני האור המועטות שנמצאות בחושך.
  5. ראייתם של בני אדם בחושך היא מוגבלת ביותר מכיוון שהנוזל התוך עיני של בני האדם הוא צלול ואינו מכיל את הפיגנט הזה. בחשיכה, האישון מתרחב לרוחב המקסימלי שלו כדי לאפשר חדירה מקסימלית של קרני האור המעטות שיש (תופעה זו מתרחשת גם אצל שאר היונקים).

[עריכה] החמצן כגורם מגביל

חשיבותו של החמצן נמצאת בכך שהוא יסוד פעיל מאוד מבחינה כימית ומתרכב עם הרבה מאוד חומרים בטבע. החמצן משתתף בתהליכי נשימה אצל בעלי חיים, פוטוסינתזה אצל צמחים, ונשימה תאית ברוב האורגניזמים על פני כדור הארץ. קיימות 3 קבוצות של אורגניזמים:

  1. אירובים אובליגטורים - חייבים נוכחות חמצן ולא מסוגלים להתקיים בלעדיו. מבחינתם החמצן הוא גורם מגביל משום שמחסור ממנו גורם למוות. מדובר בכל האורגניזמים הרב תאיים וברוב האורגניזמים החד-תאיים.
  2. אנאירובים אובליגטורים - אורגניזמים שלא מסוגלים להתקיים בנוכחות חמצן.
  3. פקולטטיבים - מתקיימים בדרגות שונות של ריווי חמצן והחמצן לגביהם הוא גורם מגביל בהתאם לרמת הצריכה שלהם.

המאמר מתרכז באורגניזמים האירובים אובליגטורים.

[עריכה] התאמות האורגניזמים לקליטת החמצן

  • בחד-תאיים קליטת החמצן נעשית באמצעות דיפוזיה.
  • ברב תאיים ישנה דיפרנציאציה שהיא חלוקת תפקידים בין התאים. כיוון שהיצור רב תאי וכל התאים חשופים למגע עם הסביבה החיצונית (כמו אצל החד-תאיים למשל), התפתחה בין התאים תלות הדדית. דוגמאות לתלות הדדית:
    • הריאות בנויות מתאים קולטי חמצן הבונים את מערכת הנשימה ומהן החמצן מובל לשאר תאי הגוף.
    • תפקידה של מערכת העיכול הוא לפרק את המזון וממנה ידיע המזון אל שאר תאי הגוף.

[עריכה] מערכות הובלת חמצן באורגניזמים רב-תאיים

  1. מערכת הדם (אצל יונקים וזוחלים) שמעבירה את החמצן מהריאות לשאר תאי הגוף.
  2. מערכת ישירה (אצל חרקים) שבה החמצן מגיע דרך דרך הטרכיאות (פתחי נשימה מרובים בגוף החרק) ומובל אוטומטית לכל התאים. למעשה מערכת הנשימה של החרק נמצאת בכל הגוף ואינה מרוכזת באזור מסוים כמו במערכת הדם.
  3. מערכת זימים (אצל דגים ודו-חיים) - מערכת נשימה דמויית ריאה שבה חילוף הגזים מתבצע בזימים במקום מהאף אל הריאות. למרות שגם במערכת זו יש שימוש במערכת הדם, מערכת זו נחשבת נפרדת בשל חילוף הגזים המתבצע בזימים.
  4. נשימה עורית מתגברת את הנשימה הריאתית והזימית בדו-חיים.

[עריכה] התאמות אורגניזמים לנשימת חמצן

ליצורים יבשתיים החמצן אינו מהווה גורם מגביל משום שהם נמצאים בסביבה שעשירה באוויר שריכוז החמצן בו הוא 20% בקירוב. לעומת היבשה, אחוז החמצן במים הוא 0.6% מכיוון שמסיסותו במים נמוכה מאוד. החמצן הוא גורם מגביל קריטי ליצורים הימיים והם פיתחו כלפיו מספר התאמות. ההתאמות הבאות קיימות במגוון אורגניזמים ולא רק באורגניזמים ימיים:

  1. ככל שהטמפ' נמוכה יותר, כך ריכוז החמצן במים גדל. בחורף ישנו הבדל ניכר בריכוז החמצן בשכבות המים העליונות שהוא ריכוז גבוה יחסית לעומת שכבות המים התחתונות שבו הריכוז צונח לכמעט 0% ולכן יעדיפו בעלי הזימים להימצא בשכבות המים העליונות בחורף. בקיץ לעומת זאת, ההבדל בין שכבות קטן יותר, מסיסות החמצן קטנה וריכוזו קטן בהתאם, ובעלי הזימים יתפזרו בגוף המים.
  2. אצל בעלי חיים ימיים ישנה מערכת זימים הבנוייה מדפים עשירים בנימי דם (יותר מאשר ריאות) ובכך הם מגדילים את שטח הפנים ביחס לנפח. המים נכנסים דרך הפה ויוצאים דרך הזימים.
  3. הסעיף הנ"ל תקף לכל בעלי החיים הימיים למעט היונקים הימיים שמבחינה אבולוציונית מקורם בבעלי חיים יבשתיים ועל כן הם משתמשים במערכת נשימה יבשתית (ע"ע מערכת הדם בתת-סעיף הקודם) ומגיחים אל פני השטח כדי לבצע חילוף גזים.
  4. קרומי נימות הדם בזימים (ובריאות אצל יונקים) הן דקות ביותר ועשויות משכבות תאים בודדות המאפשרות דיפוזיה מהירה של החמצן מהדם אל התאים.
  5. תאי הדם האדומים מכילים בתוכם פיגמנט אדום שהוא חלבון בשם המוגלובין. צבעו האדום מגיע מהברזל המשולב בחלבון והוא הקושר את החמצן לתא הדם. ההמוגלובין מאפשר קשירה והובלה יעילה של החמצן. לבעלי חיים חסרי חוליות ישנם פיגמנטים קושרי חמצן אחרים שנותנים לדמם צבעים אחרים מלבד אדום. מדובר בפרוקי רגליים ורכיכות שדמם כחול או ירוק.
  6. התאמה נוספת היא בתאי הדם האדומים;
תבחין (קריטריון) דגים יונקים
גודל התא גדול קטן
מס' התאים קטן גדול מאוד
יחס שטח פנים לנפח קטן גדול מאוד
נוכחות גרעין קיים לא קיים
צורת התא סגלגלה (אליפטית) דיסקית עגולה דו-קעורה
יעילות קשירת החמצן קטנה גדולה מאוד

מטבלה זו ניתן ללמוד כי הדגים מפצים על תאי הדם הפרימיטיבים שלהם באמצעות מערכת הזימים כדי להתמודד עם היות החמצן גורם מגביל (בשל ריכוזו הנמוך-במיוחד במים) לעומת היונקים שתאי הדם שלהם מפותחים הרבה יותר ומאפשרים אספקה יעילה יותר של חמצן בסביבה שבה ריכוז החמצן גבוה יותר.

שפות אחרות