معلومة

لماذا لا توجد نباتات شبيهة بالأشجار تنمو في البحيرات؟


بالنظر إلى الصور الجوية للغابات الشمالية ، مع الغابات الكثيفة المقطوعة بالبحيرات الهادئة ، تساءلت لماذا بالضبط تبدو الغابة واضحة جدًا على حافة الماء؟ لماذا لا تطور الأشجار تكيفات تسمح لها بالنمو من قاع بحيرة ضحل ، مع الجزء السفلي من الجذع في الماء والتاج فوق الماء؟

يبدو لي أن هذا من شأنه أن يمنحهم بعض المزايا المهمة. قيعان البحيرة غنية بالتغذية العضوية ، وسيكون التشمس أيضًا وفيرًا فوق الماء ، على الأقل في البداية عندما تكون المنافسة قليلة. فلماذا تكون أسطح البحيرات صافية ومفتوحة للغاية ، بدلاً من أن تكون متضخمة؟ بالطبع هناك نباتات مائية وشبه مائية مثل زنابق الماء ، أو Scirpus أو Typha ، لكنها بعيدة كل البعد عن الغابات الأرضية القريبة ، من حيث الكتلة الحيوية. لماذا لا تتطور إلى أشجار برمائية كبيرة ، أو لماذا لا تحاول الأشجار الأرضية إعادة استعمار البحيرات؟


تحتاج الأشجار إلى:

  • جذور عميقة للحصول على المزيد من الماء وترسيخ نموها.
  • جذوع قوية لدعم أنفسهم ضد الجاذبية.
  • نظام الأوعية الدموية لنقل الماء والمواد المغذية في جميع أنحاء الشجرة.
  • الأوراق الصغيرة التي يمكن دعمها عالياً بواسطة الجذع للتنافس على ضوء الشمس.

تحتاج محطات المياه إلى:

  • فقط ما يكفي من الجذر لترسيخ موقعه.
  • لا يوجد نظام الأوعية الدموية. الماء في كل مكان.
  • الأوراق أكبر من السيقان لتجمع أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس من خلال غطاء الماء.

لذا فإن نوع الجسم الذي يجب أن ينمو تحت الماء لكي يزدهر هو من نواح كثيرة عكس نوع الجسم المطلوب للنمو على الأرض.

محطات المياه يجب أن تهدر الطاقة عليها

  • جذور شاسعة.
  • جذع قوي.
  • نظام الأوعية الدموية.

… أشياء لن تحتاجها حتى وقت لاحق أثناء تلقي القليل من ضوء الشمس على الأوراق الصغيرة. سوف تضطر إلى التخلص من جلدها العطشى مثل الثعبان على الأجزاء الموجودة فوق الماء. معقدة للغاية وقليلة أو لا يوجد طلب على الإطلاق.


إذا كانت نباتات المياه قد طورت طريقة لتحويل الأكسجين إلى هيليوم وإبقاء الكثير منه محاصرًا داخل أوراقها ، فسنكون لدينا غابات طويلة في المحيط. يمكن للنباتات أن تنمو تمامًا كما تفعل الآن ولكن بأوراق ناعمة قليلاً. بمجرد أن يكسر سطح الماء ، فإن وفرة الأكسجين ستزيد من إنتاج الهيليوم وتؤدي إلى زغب الأوراق. يجب أن تكون السيقان الطفيفة متناثرة بدلاً من أن تكون ضخمة.

ستكون هناك أساطير يونانية مفادها أن غايا كانت متزوجة من هيليوس لكنها تركته لبوزيدون جايا شاكر. تم لعن بوسيدون وغايا مع الأطفال (غابات المحيط الشاسعة) الذين يتمردون ضدهم ويتبنون أسلوب حياة حيث يتواصلون دائمًا مع هيليوس وفي وقت لاحق في الحياة يتخلصون من أجسادهم ليكونوا أقرب إليه في الروح. حاول بعض البشر الأوائل سرقة أرواح الهيليوم من غابات المحيط عن طريق استنشاقها من أجسامها النباتية. لقد تم لعنهم وتحويلهم إلى سنجاب بأيديهم فقط لتذكيرهم بإنسانيتهم ​​الماضية.


تحرير لإضافة مرجع: قطعة لميكي والبورج على موقع eHow.com

على أية حال أود أطلق على أشجار القرم البرمائية ، لن أسميها كبيرة وكنت أحاول التأكد من روح ما كان يطرحهkai teorn بدلاً من ترك السؤال دون إجابة عندما أعتقد أنني أستطيع الإجابة عليه. تتعلم شيئًا جديدًا كثيرًا إذا كنت تبحث واليوم أدخلMattDMo أشجار القرم في وعيي. إذا كان يعتقد أن هذا هو الرد على روح منشور السؤال ، فربما يكون قد شرحه بالتفصيل كإجابة بدلاً من تعليق. قد أكون مخطئا في ذلك.

غابات المانغروف ساحلية في الغالب. هم عادة على حواف الماء. عادة ما تكون تلك التي تقع على بعد أمتار قليلة في الماء أشبه بالشجيرات من أشجار الغابات الشمالية المهيبة. ينتهي بهم الأمر بإطلاق النار على الجذور في كل مكان والاستلقاء حولها مقارنةً بالشجرة النموذجية التي تقف بشكل مستقيم للوصول إلى الشمس. كما أن حوادث المانغروف في المحيط بعيدًا عن الخط الساحلي ربما تكون حفنة من التجمعات ، وبالكاد تكون الأنواع العائدة على نطاق واسع إلى المحيطات. من خلال الصور الجوية ، تبدو تركيزات المانغروف مثل الغابات الشمالية المحيطة بالبحيرات ، وليس أراضي المستنقعات.

لماذا لا توجد نباتات شبيهة بالأشجار تنمو في البحيرات؟

بالنظر إلى الصور الجوية للغابات الشمالية ، مع الغابات الكثيفة المقطوعة بالبحيرات الهادئة ، تساءلت لماذا بالضبط تبدو الغابة واضحة جدًا على حافة الماء؟

أعتقد أن روح السؤال التالي تدور حول الأشجار بشكل عام في البحيرات. ليست الحالات القليلة المنتشرة حول العالم. كما تنمو بعض البحيرات وتنكمش بمرور الوقت ، وأحيانًا تكون طويلة بما يكفي للأشجار للحصول على القليل من الأرض والبقاء على قيد الحياة من نمو البحيرة. لكنني لا أعتقد أن تلك الأشجار كأنواع طورت تكيفات لتنمو من قيعان بحيرة ضحلة.

لماذا لا تطور الأشجار تكيفات تسمح لها بالنمو من قاع بحيرة ضحل ، مع الجزء السفلي من الجذع في الماء والتاج فوق الماء؟

... ومن نهاية المنشور ...

بالطبع هناك نباتات مائية وشبه مائية مثل زنابق الماء ، أو Scirpus أو Typha ، لكنها بعيدة كل البعد عن الغابات الأرضية القريبة ، من حيث الكتلة الحيوية. لماذا لا تتطور إلى أشجار برمائية كبيرة ، أو لماذا لا تحاول الأشجار الأرضية إعادة استعمار البحيرات؟

... لقد تخلصت من أشجار القرم من التأهيل. مثيرة للاهتمام ولكن ما زلت لا أعتقد أن هذا ما كان يدور في ذهنkai teorn. أعتقد أنMattDMo قدّم غابات القرم كتعليق لتعزيز معرفتنا.


السؤال "لماذا لا يوجد / قليل من الأشجار المائية؟" يمكن تناولها بطريقتين.

  1. لماذا أشجار الأرض طويلة؟

  2. هل من الصعب أن تكون طويل القامة في البحيرة؟

أشجار الأرض طويلة لتظليل المنافسين ونشر بذورهم وثمارهم. للحصول على القامة ، يحتاجون إلى هياكل جذرية واسعة لترسيخها وتوفير ما يكفي من الماء للجذع. إذا لم يكن هناك منافسون للتظليل وكانت المياه توفر نثر البذور لمسافات طويلة ، فلماذا عناء النمو طويلًا؟

من الصعب جدًا أن تكون طويل القامة في البحيرة. يمثل امتصاص المغذيات مشكلة ، وكذلك التثبيت المناسب. قد توجد كميات كبيرة من الكتلة الحيوية العضوية ، ولكن الحديد والفوسفور والمغذيات الدقيقة الأخرى أكثر أهمية. يمكن أن يصل وزن البلوط الكبير إلى 15 طنًا ، وهو أمر يصعب دعمه باستخدام الرواسب الموجودة على قاع البحيرة فقط. من الصعب أيضًا أن تنبت وتنبت إذا كنت شجرة مائية. انظر إلى تكاثر المنغروف للحصول على مثال للمشكلات وكيفية الالتفاف عليها (نوعًا ما). تحتاج معظم أنواع المنغروف إلى عدسات في الجذع لتوفير ما يكفي من الأكسجين ، وتتطلب الجذور الطويلة حوامل هوائية دورية لتزويد الجذور بالأكسجين.

بالنظر إلى جميع الضغوط التي تتعرض لها الحياة النباتية في البحيرات ، هناك الكثير من العمل لتكون شجرة ، ومن الأسهل بكثير أن تكون وسادة زنبق. يمكن تركيز المزيد من الكتلة الحيوية على عملية التمثيل الضوئي ، وتكون المخاوف الهيكلية أقل إزعاجًا بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي العديد من البحيرات ببساطة على محتوى النيتروجين أو الفوسفور لدعم نمو بحجم الأشجار. شاهد مؤشر الحالة الغذائية في البحيرات. إذا لم تستطع البحيرة دعم الطحالب ، فلا توجد طريقة يمكنها من خلالها دعم الشجرة.


مستنقعات السرو هي مثال على الأشجار مثل النباتات في البحيرات. توجد حتى بحيرة في لويزيانا تسمى بحيرة السرو


التمثيل الضوئي في النباتات المائية

تقوم كل من النباتات الأرضية والنباتات المائية بعملية التمثيل الضوئي بمساعدة الطاقة الضوئية لإنتاج الكربوهيدرات. يحدث التمثيل الضوئي في النباتات المائية بنفس الطريقة التي تخضع بها النباتات البرية لإنتاج الأطعمة. تابع القراءة لمعرفة المزيد حول كيفية حدوث عملية التمثيل الضوئي في النباتات المائية.

تقوم كل من النباتات الأرضية والنباتات المائية بعملية التمثيل الضوئي بمساعدة الطاقة الضوئية لإنتاج الكربوهيدرات. يحدث التمثيل الضوئي في النباتات المائية بنفس الطريقة التي تخضع بها النباتات البرية لإنتاج الأطعمة. تابع القراءة لمعرفة المزيد حول كيفية حدوث عملية التمثيل الضوئي في النباتات المائية.

القدرة على إجراء التمثيل الضوئي هي السمة المميزة الرئيسية بين النباتات الخضراء والكائنات الحية الأخرى على الأرض. في هذه العملية الكيميائية ، يتم الجمع بين ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود طاقة ضوئية لإنتاج الكربوهيدرات ومنتجات ثانوية أخرى. تتم ملاحظة عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز بمساعدة الطاقة المشعة في البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة) ، وبعض أنواع الطحالب وجميع النباتات الخضراء ، بغض النظر عن البيئة المتنامية.


إظهار / إخفاء الكلمات المراد معرفتها

مئبر: جزء الزهرة الذي ينتج ويخزن الخلايا التناسلية الذكرية (حبوب اللقاح) في النبات.

الجيل الثقافي: جميع الأفراد الذين ولدوا في نفس الوقت تقريبًا.

ميراث: المعلومات الجينية التي تنتقل من أحد الوالدين.

تزاوج: تجميع الخلايا التناسلية الذكرية والأنثوية لتكوين نسل.

المبيض: يخلق ويخزن الخلايا التناسلية الأنثوية في النباتات والحيوانات.

النمط الظاهري: مظهر الفرد الناتج عن التفاعل بين تركيبته الجينية والبيئة. سمة النمط الظاهري. أكثر

سمة: خاصية الكائن الحي التي يمكن أن تكون نتيجة الجينات و / أو تتأثر بالبيئة. يمكن أن تكون السمات جسدية مثل لون الشعر أو شكل وحجم ورقة النبات. يمكن أن تكون السمات أيضًا سلوكيات مثل سلوك بناء العش في الطيور.


الكيمياء الحيوية

سواء في الحقول المتدحرجة أو الدفيئة أو غرف النمو الصغيرة ، فإن النباتات غارقة في الكيمياء الحيوية الناضجة للدراسة.

تغطي دراسات النباتات في قسم الكيمياء الحيوية بجامعة ويسكونسن-ماديسون كل شيء بدءًا من كيفية نموها أو استهلاكها للأغراض الزراعية أو الطاقة الحيوية إلى الفهم الأساسي لبيولوجيا الخلية في النباتات والحيوانات. يستفيد جميع الأساتذة ريتشارد أماسينو وسيباستيان بيدناريك وجون رالف وإيفان رايمنت ومايك سوسمان - والطلاب في مختبراتهم - من الخصائص الفريدة للنباتات لاستكشاف كيفية عمل النباتات ويمكن استخدامها بشكل أفضل ، ولكن أيضًا ما يمكن أن يعنيه هذا الفهم في سياقات أخرى.

يوضح بيدناريك أن "الخلايا النباتية ، في معظمها ، غير متحركة". "إنه أحد الأسباب التي تجعل النباتات مثيرة للدراسة. وهذا يجعل الخلايا تتمتع بخصائص فريدة يمكننا استغلالها لاستخلاص استنتاجات حول النباتات وأيضًا أنواع الكائنات الحية الأخرى ".

استخدام الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة لهندسة نباتات أفضل

Amasino هو عالم الكيمياء الحيوية النباتية في القسم الذي يستخدم تقنيات الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة لكشف ما ينظم نمو النبات وتطوره ، مع التركيز بشكل خاص على فعل الإزهار. يدرس كيف تؤثر الظروف البيئية التي تمر بها النباتات عليها على المستوى الجزيئي والوراثي لإحداث الإزهار.

وقد ركز عمله في السنوات الأخيرة على التصغير ، وهي عملية يتم فيها منع الإزهار في النباتات حتى يمر بمرحلة برد كافية. ومن الأمثلة على ذلك الزهور مثل الزنابق والخضروات مثل البنجر أو الملفوف أو الجزر. تشمل النباتات التي يدرسها عشب Brachypodium وعضو عائلة الملفوف Arabidopsis.

يوضح أماسينو: "في النباتات التي ندرسها والتي تتطلب فصل الشتاء ، يوجد جين يقوم بترميز بروتين مثبط يتم التعبير عنه في الخريف والذي يمنع النبات من الإزهار". ثم ، خلال فصل الشتاء ، تحدث تغييرات في التعبير الجيني تخفف من هذا القمع. في نبات الأرابيدوبسيس ، يتم إيقاف جين الكابح جينيًا خلال فصل الشتاء بينما في Brachypodium يظل الجين الكابت نشطًا في الربيع ولكن يتم تشغيل جينات منشط مزهرة أخرى خلال فصل الشتاء لتجاوز القمع ".

يعمل Amasino وفريقه على الكشف عن الجينات التي تشارك في هذه العملية وكيف تمنع الأعشاب من الدخول في دورة الإزهار حتى يحل الموسم المناسب. على سبيل المثال ، اكتشفوا مؤخرًا جينًا أطلقوا عليه اسم RVR1 ، لدوره في قمع جين آخر يسمى VRN1 الذي يساعد على بدء عملية التبسيط.

يهتم مربو النباتات بالنتائج الجينية مثل هذه لأنها تتيح لهم استكشاف طرق لتطوير محاصيل أكثر كفاءة وذات عوائد أعلى من الغذاء أو الطاقة.


كيفن ماير (يسار الظهر) من مختبر أماسينو يراقب النباتات في غرفة النمو مع جون بارث الجامعي (على اليمين).
تصوير روبن ديفيز.

يدرس البروفيسور جون رالف أيضًا طرقًا للحصول على المزيد من الطاقة والقيمة من النباتات. النباتات متينة جزئيًا بسبب البوليمر المسمى اللجنين الذي يربط ألياف النبات معًا ويجعل السيقان صلبة ومتينة. هذه الخصائص رائعة للنباتات - لقد سمحت لهم بالتحمل لملايين السنين - ولكنها ليست مثالية لإطلاق الطاقة المخزنة في النباتات لاستخدامات مثل الطاقة الحيوية.


أستاذ الكيمياء الحيوية وباحث الطاقة جون
رالف.

يعتبر رالف مرجعًا في الكيمياء الحيوية للجنين ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بتوليفه وتفكيكه. تدرس مجموعته ما هو المسؤول على المستوى الجيني لتخليق اللجنين وكيف يمكن تغيير هذه الجينات لإنتاج اللجنين الذي يسهل تحطيمه أو تقديم قيمة إضافية.

على مر السنين ، حقق رالف وفريقه في مركز أبحاث الطاقة الحيوية في البحيرات العظمى ، ومقره في معهد ويسكونسن للطاقة ، الكثير من التقدم. لقد شاركوا في اكتشاف جينات جديدة تشارك في إنتاج اللجنين. في الآونة الأخيرة ، عملوا مع متعاونين في اكتشاف "المونومرات" الجديدة التي يصنع منها البوليمر ، والتي يمكن استخدام بعضها في صنع اللجنين الذي يكون أكثر اتساقًا وليس معقدًا.

اكتشفت المجموعة أيضًا أنه قد تكون هناك طريقة لدمج السلع القيمة والمواد مثل المركبات الصيدلانية في اللجنين ، مما يجعلها متاحة بالطن في ما هو مادة نفايات حاليًا.

بمساعدة المتعاونين ، أخذ فكرته في تغيير اللجنين لجعله أسهل في التحلل الكيميائي من خلال خط أنابيب بحثي متطور. لقد أظهروا قابلية تشغيل نظام نموذجي ، ووجدوا الجين المطلوب ، وفي النهاية هندسة أشجار الحور وراثيًا لإنتاج "zip lignin" الذي يستخدمه الآن الآخرون في مجال الطاقة الحيوية لإنتاج الوقود السائل والورق بشكل أكثر كفاءة.

يقول رالف: "الشيء الأقل تقديرًا فيما يتعلق باللجنين هو أنه على الرغم من كونه معقدًا من الناحية الهيكلية ، إلا أنه عبارة عن بوليمر يتم إنتاجه في النباتات من مونومراته من خلال عملية كيميائية بحتة". "هذا يعني أن هناك فرصًا لا مثيل لها لتغيير البوليمر بعدة طرق ، بما في ذلك العديد من النباتات التي" استكشفتها "خلال تاريخها التطوري ، لجعله أكثر قيمة للبشرية."

البيولوجيا الهيكلية والكيمياء الحيوية تساعد في مكافحة أمراض المحاصيل

يستخدم مختبر البروفيسور إيفان رايمنت في الكيمياء الحيوية علم الأحياء البنيوي لتمييز كيفية عمل البروتينات. في حين أن الكثير من عمل المختبر يركز على البروتينات الحركية في العضلات - في الواقع كان أول من قام بحل بنية الميوسين ، وهو أهم بروتين حركي في العضلات - بدأ مشروع أحد طلاب الدراسات العليا الفيوزاريوم لفحة الرأس ، وهي عدوى فطرية يمكن أن تصيب المحاصيل.


طالب دراسات عليا كارل
ويتيرهورن.

يواصل Karl Wetterhorn سلسلة من العمل في مختبر Rayment للتحقيق في طريقة لتعطيل مادة سامة تطلقها آفة الرأس الفطرية على النباتات بمجرد هبوطها عليها. بدأ البحث من قبل طالب دراسات عليا منذ أكثر من عقد من الزمان ، ثم انتقل إلى الثانية وأخيرًا ويتيرهورن ، نجح البحث في تحسين إنزيم طبيعي من الأرز لمنع الفطريات من الانتشار على محاصيل الحبوب مثل القمح.

الفطر مدمر - ويمكن أن يؤدي إلى خسارة أكثر من مليار دولار من الأرباح في عام سيئ - لأنه بعد أن وجد طريقه إلى رأس القمح ، ينتج سمًا فطريًا يمنع النبات من الدفاع عن نفسه. أينما يحصل السم ، لا يستطيع النبات تصنيع أي إنزيمات لحماية نفسه. وجد طالب سابق إنزيمًا يقلل الضرر الناجم عن السموم بشكل كبير ، لكن التركيب والآلية الكيميائية لا تزال غير معروفة.

يشرح ويتيرهورن قائلاً: "كانت الخطوة التالية هي تحديد تلك البنية والآلية ثم توسيع خصوصية الإنزيم لأنه كان يعمل فقط على جزء من السموم التي ينتجها الفطر". "أخذنا المعلومات الهيكلية التي حصلنا عليها من تحديد بنية الإنزيم واستخدمناها لتوسيع الموقع النشط."


غلاف المجلة يصور الفيوزاريوم
لفحة الرأس من معمل Rayment.

يضيف الإنزيم جزيء الجلوكوز - نوع من السكر - إلى جزء معين من السم. ربما يمنع الجزيء الكبير السم من الارتباط بآلية إنتاج البروتين في النبات ، مما قد يتسبب في توقفه عن العمل. ويقول إن الخطوة التالية هي أن يقوم مربي النباتات بهندسة القمح للتعبير عن هذا الإنزيم لاختبار ما إذا كان يساعدهم في مكافحة الفطريات.

التحدي التالي الذي يواجهه ويتيرهورن هو أنه على الرغم من أن إنزيمهم الجديد من المحتمل أن يمنع الفطريات من الانتشار ، إلا أن أي وجود للفطر يمكن أن يظل سامًا للحيوانات والبشر. إنهم يتطلعون إلى كسر رابطة معينة في السم لتعطيله إلى الأبد. كلاهما يبحث عن إنزيم طبيعي ويحاول تصميم إنزيم يمكن أن يساعد في حل هذه المشكلة.

يقول رايمنت: "بشكل عام ، أنا مهتم بكيفية تأثير التطور على الإنزيمات وخصوصياتها". "نحن نتبع نهجًا ذا شقين لإيجاد هذا الإنزيم الذي يمكن أن يعطل السم تمامًا. أنت حقا بحاجة لكليهما. نحن متحمسون لمعرفة أين يتجه هذا العمل ".

ماذا يمكن أن تخبرنا النباتات عن الحيوانات؟

دراسة النباتات لا تسلط الضوء فقط على كيفية عمل النباتات. يمكن أن يلقي الضوء أيضًا على كيفية عمل الخلايا الحيوانية - بما في ذلك تلك الموجودة في البشر.

يستخدم مختبر البروفيسور سيباستيان بيدناريك نبات الأرابيدوبسيس thaliana، وهو نبات متعلق بالكرنب والخردل ، لدراسة بيولوجيا الخلية على نطاق واسع. يستكشف بحثه كيف تنقسم الخلايا النباتية لتكوين خلايا جديدة وكيف ترتبط العمليات الخلوية في النباتات بتلك الموجودة في الخلايا الحيوانية.


أستاذ الكيمياء الحيوية
سيباستيان بدناريك.

تكبر كل من النباتات والحيوانات عن طريق تقسيم خلاياها لتكوين المزيد من الخلايا ، وتتضمن العملية استخدام بعض البروتينات الشائعة المحفوظة تطوريًا. ومع ذلك ، على عكس الخلايا الحيوانية ، فإن بناء الغشاء الجديد وجدار الخلية الذي يفصل بين الخلايا الوليدة المنقسمة هو عملية من الداخل إلى الخارج. فبدلاً من أن يجتمع جدار الخلية من الخارج ويضغط ليشكل خليتين ، يجب أن تبني الخلايا النباتية بنية جديدة من الداخل إلى الخارج لتقسيم خليتين ثابتتين في مكانهما.

إن بنية الخلية هذه - التي تسمى لوحة الخلية في النباتات - عبارة عن مزيج معقد ولكنه منظم من البروتينات والدهون وعديدات السكاريد الموجودة في جدار الخلية والتي تمثل حارس بوابة ما يدخل الخلية وما يخرج منها. لهذا السبب ، فإن إنشاء صفيحة خلوية في تقسيم الخلايا النباتية ، والتي ستصبح الغشاء وجدار الخلية بين الخلايا الوليدة الجديدة ، ليس بالأمر الهين.

يتم تصنيع المكونات الفردية للوحة الخلية إلى حد كبير في الداخل ونقلها إلى منطقة الانقسام لتجميعها. هذه هي العملية التي يدرسها بيدناريك عن كثب.


في الأعلى: تظهر طالبة الدراسات العليا جيسيكا كارديناس من مختبر بدناريك
متدرب في المدرسة الثانوية كيفية العمل مع الشتلات.
في الأسفل: طالبة الدراسات العليا دانا دهان من مختبر بدناريك
يعالج نبات في المختبر.

يوضح بيدناريك: "لديك تهريب شديد التعقيد يحدث عندما تصل الحويصلات أو المقصورات إلى طائرة التقسيم". "تندمج الحويصلات وتتوسع بشكل أساسي مثل قزحية الكاميرا. يكبر من الداخل إلى الخارج حتى يندمج مع الغشاء الخارجي. وفي هذه المرحلة تبدو مثل الجبن السويسري. لكننا نعلم أن غشاء الخلية عبارة عن بنية أكثر صلابة ، لذا يجب على الخلية بعد ذلك القيام بالمزيد من العمل لتحقيق ذلك. ندرس كيف يحدث كل هذا ".

بالنسبة إلى بيدناريك ، فإن استخدام نبات الأرابيدوبسيس كنموذج حي لا يقتصر فقط على تقديم نظرة ثاقبة حول كيفية عمل النباتات الأخرى ، ولكن أيضًا عن الحيوانات مثل البشر. يهتم مختبره بشدة بتهريب البروتينات - كيف يتم أخذ مجموعة البروتينات المحيرة للعقل في الخلية حيث تكون مطلوبة بعد تكوينها وأخيراً يتم تفكيكها أو إعادة تدويرها بعد ذلك.

على سبيل المثال ، يبحث طلاب الدراسات العليا جيسيكا كارديناس (في الصورة أعلاه) ودانا داهان عن بروتين يسمى CDC48 ضروري لتشكيل لوحة الخلية ، إلى جانب العديد من الوظائف الأخرى. يقولون أن البروتين على شكل حلقة مشابه لمقبض مفتاح الربط. ترتبط به بروتينات مختلفة ، أو "مآخذ" مختلفة الحجم ، وتساعدها على الارتباط بالعديد من مركبات البروتين الأخرى. يقول الباحثون إن تعطيل أو فقدان هذا البروتين يتسبب في توقف نمو النبات في مرحلة الجنين أو البادرات.

يقول دهان: "لقد انجذبت إلى UW-Madison لأنني كنت أعرف أن هناك العديد من المختبرات القوية التي تعمل في المصانع في القسم". "النباتات هي نموذج يمكنك حمله بين يديك ، ولأنها ثابتة ، فهناك عيوب ولكن أيضًا مزايا تساعدنا على دراستها بشكل أفضل. علمت أيضًا أن تهريب الأغشية قابل للتطبيق جدًا في العديد من مجالات البحث ".

يُطلق على أحد بروتينات "التجويف" التي يعمل معها CDC48 اسم PUX1. عندما يرتبط بمقبض مفتاح الربط ، فإنه يفككه حتى لا يتمكن من أداء وظائفه العديدة. هذا يعني أن PUX1 هو ما يسمى بعامل التفكيك.

الشيء الغريب الذي اكتشفوه هو أن تعطيل PUX1 يتسبب في نمو النباتات بشكل أسرع ويحاولون معرفة سبب ذلك. بالإضافة إلى،
بروتين مشابه لـ CDC48 في البشر له دور في مرض السكري والسرطان وهذا شيء يمكن لمختبر بيدناريك والآخرين استكشافه أيضًا.

يقول: "سبب استخدامنا للنباتات هو أنها في الواقع أداة رائعة لحل هذه المشاكل". "هناك جانب واسع لهذا العمل يتيح لنا الوصول إلى الأشياء المحفوظة تطوريًا بين النباتات والكائنات الأخرى وتلك الخاصة بالنباتات. يمكنك تعلم الكثير من خلال محاولة معرفة ما تم حفظه عبر جميع الأنظمة. يمكنك أن ترى ما هو مميز أين ومتى تطورت الأدوات الخلوية والجزيئية الجديدة. "

اقرأ المزيد عن مجالات البحث والأولويات الإستراتيجية في قسم الكيمياء الحيوية في جامعة ويسكونسن - ماديسون:


سماد من الجو

في أوائل القرن العشرين ، كان الكيميائيان الألمانيان ، فيتز هابر وكارل بوش ، يدرسان الغازات. لقد اكتشفوا كيفية استخدام النيتروجين من الهواء لصنع الأمونيا ، سماد نباتي. سمح لنا استخدام الأسمدة النيتروجينية والفوسفورية بزراعة ما يكفي من الغذاء لإطعام مليارات البشر. ومع ذلك ، فإن استخدام الكثير من الأسمدة كان له تأثير غير متوقع.

على مدى أجيال عديدة ، يمكن أن يتسبب الإخصاب في أن يكون للنباتات جذور صغيرة. انقر للحصول على مزيد من التفاصيل.

مع توفر الكثير من العناصر الغذائية للنباتات ، لم تكن هناك ميزة للجذور الأكبر حجمًا. النباتات ذات الجذور الصغيرة ، ولكن الأوراق كبيرة أو المزيد من البذور ، تتكاثر أكثر وتنتقل عبر جيناتها. أدى هذا إلى المزيد والمزيد من المحاصيل لدينا في نهاية المطاف بأنظمة جذر صغيرة. لقد توصلنا إلى طريقة لمواصلة إنتاج الكثير من النيتروجين لاستخدامه في هذه النباتات الصغيرة ذات الجذور. لكن الوضع يختلف بالنسبة لمغذٍ آخر هو الفوسفور.

ربما لم تسمع عن الفوسفور من قبل ، لكنه عنصر مهم للغاية. يقوي عظامنا. إنه في حمضنا النووي. إنه موجود في الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، وهو الجزيء الذي يوفر الطاقة لكل شيء تقوم به خلاياك تقريبًا. تحتاجه النباتات أيضًا للحصول على الطاقة من الشمس.

تجمع النباتات الفوسفور من التربة على شكل فوسفات. الفوسفات هو ببساطة ذرة فوسفور مرتبطة بأربع ذرات أكسجين. نستخدم أطنانًا من الأسمدة الفوسفاتية في محاصيلنا لإنتاج الغلات التي نعتمد عليها. ومع ذلك ، على عكس النيتروجين ، لا يمكن أن يأتي الفوسفات من الهواء. تجديد الفوسفات يعتمد على حركة الأرض. يجب أن تتحرك الأراضي والقارات ودفع صخور جديدة تحتوي على الفوسفات. تستغرق هذه التغييرات آلاف أو ملايين السنين.

كان الفوسفات يُستخرج من ذرق الخفافيش (أنبوب) لكن الفوسفات يُستخرج الآن من صخور الفوسفات. اضغط للتكبير.


لماذا لا توجد نباتات شبيهة بالأشجار تنمو في البحيرات؟ - مادة الاحياء

البحيرة هي جسم مائي محاط بالأرض. هناك الملايين من البحيرات في العالم.

علم الأحياء ، علم البيئة ، علوم الأرض ، التعلم التجريبي ، الجغرافيا ، الجغرافيا الطبيعية

يسرد هذا شعارات البرامج أو شركاء NG Education الذين قدموا أو ساهموا في المحتوى على هذه الصفحة. مشغل بواسطة

البحيرة هي جسم مائي محاط بالأرض. هناك الملايين من البحيرات في العالم. تم العثور عليها في كل قارة وفي كل نوع من البيئة وجبال وصحاري مدشين ، في السهول ، وبالقرب من شواطئ البحر.

تتنوع البحيرات بشكل كبير في الحجم. يبلغ قياس بعضها بضعة أمتار مربعة فقط وهي صغيرة بما يكفي لتناسب الفناء الخلفي الخاص بك. غالبًا ما يشار إلى هذه البحيرات الصغيرة باسم البرك. البحيرات الأخرى كبيرة جدًا لدرجة أنها تسمى بحارًا. يعد بحر قزوين ، في أوروبا وآسيا ، أكبر بحيرة في العالم ، حيث تبلغ مساحته أكثر من 370.000 كيلومتر مربع (143.000 ميل مربع).

تتنوع البحيرات أيضًا بشكل كبير في العمق. أعمق بحيرة في العالم و rsquos هي بحيرة بايكال في روسيا. يبلغ قاعه ما يقرب من 2 كيلومتر (أكثر من ميل واحد) تحت السطح في بعض الأماكن. على الرغم من أن بحيرة بايكال تغطي أقل من نصف مساحة سطح بحيرة سوبيريور و mdashone في أمريكا الشمالية و rsquos Great Lakes & mdashit فهي أعمق بأربعة أضعاف وتحتوي على ما يقرب من المياه مثل جميع البحيرات الخمس الكبرى مجتمعة. البحيرات الأخرى ضحلة جدًا بحيث يمكن لأي شخص أن يخوضها بسهولة.

توجد البحيرات على ارتفاعات مختلفة. تعد بحيرة تيتيكاكا واحدة من أعلى المستويات ، في جبال الأنديز بين بوليفيا وبيرو. ترتفع حوالي 3810 متر (12500 قدم) فوق مستوى سطح البحر. أدنى بحيرة هي البحر الميت ، بين إسرائيل والأردن. هو أكثر من 395 مترا (1300 قدم) تحت مستوى سطح البحر.

تأتي المياه في البحيرات من المطر والثلج وذوبان الجليد والجداول وتسرب المياه الجوفية. تحتوي معظم البحيرات على مياه عذبة.

جميع البحيرات إما مفتوحة أو مغلقة. إذا تركت المياه بحيرة بجوار نهر أو مخرج آخر ، فيُقال إنها مفتوحة. جميع بحيرات المياه العذبة مفتوحة. إذا كانت المياه تترك بحيرة فقط عن طريق التبخر ، فإن البحيرة تغلق. عادة ما تصبح البحيرات المغلقة مالحة أو مالحة. هذا لأنه عندما يتبخر الماء ، فإنه يترك وراءه مواد صلبة وأملاح معظمها. بحيرة الملح الكبرى ، في ولاية يوتا الأمريكية ، هي أكبر بحيرة مالحة في أمريكا الشمالية. مياهه أكثر ملوحة من المحيط. تحيط ببحيرة سولت ليك المسطحات الملحية ، وهي مناطق تبخرت فيها البحيرة ، ولم يتبق منها سوى مساحات من الملح الأبيض.

كيف تتشكل البحيرات

تملأ جميع البحيرات المنخفضات على شكل وعاء في سطح الأرض و rsquos ، تسمى الأحواض. تتشكل أحواض البحيرة بعدة طرق.

تشكلت العديد من البحيرات ، وخاصة تلك الموجودة في نصف الكرة الشمالي ، من الأنهار الجليدية التي غطت مساحات كبيرة من الأرض خلال العصر الجليدي الأخير ، منذ حوالي 18000 عام.

حفرت كتل الجليد الضخمة حفرًا كبيرة ونحت الأرض أثناء تحركها ببطء. عندما ذابت الأنهار الجليدية ، ملأ الماء تلك المنخفضات ، وشكل البحيرات. كما نحتت الأنهار الجليدية الوديان العميقة وترسبت كميات كبيرة من التراب والحصى والصخور أثناء ذوبانها. شكلت هذه المواد في بعض الأحيان سدودًا تحبس المياه وتخلق المزيد من البحيرات.

تنتشر البحيرات الجليدية في العديد من مناطق أمريكا الشمالية وأوروبا. يُطلق على ولاية مينيسوتا الأمريكية لقب & ldquo أرض 10000 بحيرة & rdquo بسبب عدد البحيرات الجليدية. تم إنشاء العديد من البحيرات في أمريكا الشمالية ، بما في ذلك البحيرات العظمى ، في المقام الأول عن طريق الأنهار الجليدية.

تتشكل بعض أحواض البحيرات حيث غيرت الصفائح التكتونية قشرة الأرض ورسكووس ، مما جعلها تلتوي وتنطوي أو تنفصل. عندما تنكسر القشرة ، قد تتشكل تشققات عميقة تسمى صدوع. تشكل هذه العيوب أحواضًا طبيعية قد تمتلئ بالمياه من الأمطار أو من مجاري المياه المتدفقة في الحوض. عندما تحدث هذه الحركات بالقرب من المحيط ، قد يكون جزء من المحيط محاصرًا بواسطة كتلة جديدة من الأرض تندفع من تحت سطح الأرض و rsquos. تشكل بحر قزوين بهذه الطريقة. تشكلت بحيرة بايكال أيضًا من خلال حركة الصفائح التكتونية.

تتشكل العديد من البحيرات نتيجة البراكين. بعد أن يصبح البركان غير نشط ، قد تمتلئ فوهة البركان بالمطر أو الثلج الذائب. في بعض الأحيان ينفجر الجزء العلوي من البركان أو ينهار أثناء ثوران البركان ، تاركًا منخفضًا يسمى كالديرا. قد تمتلئ أيضًا بمياه الأمطار وتصبح بحيرة. تم إنشاء بحيرة كريتر ، في ولاية أوريغون الأمريكية ، وهي واحدة من أعمق البحيرات في العالم ، عندما انهار المخروط البركاني لجبل مازاما ورسكووس القديم.

لا يتم إنشاء جميع البحيرات بواسطة أحواض مملوءة بالماء. تتشكل بعض البحيرات من الأنهار. غالبًا ما تهب الأنهار الناضجة ذهابًا وإيابًا عبر سهل في حلقات واسعة تسمى التعرجات. خلال فترات الفيضانات ، قد يؤدي نهر متورم واندفاعي إلى إنشاء طريق مختصر وتجاوز تعرج ، تاركًا جسمًا من المياه الراكدة. يُطلق على هذا النوع من البحيرة الصغيرة بحيرة oxbow ، لأن شكلها يشبه الإطار على شكل حرف U الذي يلائم عنق الثور والرسكووس عندما يتم تسخيره لسحب عربة أو محراث.

قد تنشأ البحيرات أيضًا عن طريق الانهيارات الأرضية أو الانهيارات الطينية التي ترسل التربة أو الصخور أو الطين المنزلق أسفل التلال والجبال. يتراكم الحطام في السدود الطبيعية التي يمكن أن تمنع تدفق مجرى مائي ، وتشكل بحيرة.

يمكن للسدود التي يبنيها القنادس من أغصان الأشجار أن تسد الأنهار أو الجداول وتكوين أحواض كبيرة أو مستنقعات.

يصنع الناس البحيرات بحفر الأحواض أو بسد الأنهار أو الينابيع. يمكن أن تصبح هذه البحيرات الاصطناعية خزانات ، وتخزين المياه للري ، والنظافة ، والاستخدام الصناعي. توفر البحيرات الصناعية أيضًا استخدامًا ترفيهيًا لركوب القوارب أو السباحة أو صيد الأسماك.

يمكن أن توفر البحيرات الصناعية الكهرباء من خلال محطات الطاقة الكهرومائية في السد. تم تشكيل بحيرة ميد ، في ولايتي أريزونا ونيفادا بالولايات المتحدة ، عندما تم بناء سد هوفر خلال فترة الكساد الكبير. تم بناء السد للسيطرة على نهر كولورادو الذي لا يمكن التنبؤ به ويوفر الكهرباء لغرب الولايات المتحدة.

الجوانب الكيميائية والفيزيائية للبحيرات

تعتبر درجة الحرارة والضوء والرياح ثلاثة من العوامل الرئيسية التي تؤثر على الخصائص الفيزيائية للبحيرة. تختلف درجة الحرارة والضوء من بحيرة إلى بحيرة. يمكن أن يؤثر العمق ونمو النبات والمواد المذابة والوقت من اليوم والموسم وخط العرض على قدرة الضوء و rsquos على المرور عبر البحيرة ومياه rsquos.

يؤثر الضوء والرياح على درجة حرارة البحيرات. تعمل أشعة الشمس على تدفئة المياه ، والرياح تعمل على تبريدها. تمر معظم البحيرات بعملية تسمى التقسيم الطبقي الحراري. يشير التقسيم الطبقي الحراري إلى بحيرة و rsquos ثلاث طبقات رئيسية ، لكل منها نطاق درجة حرارة مختلف. البحيرة و rsquos طبقة ضحلة هي epilimnion. الطبقة الوسطى هي المعدن ، أو الخط الحراري. أعمق طبقة هي hypolimnion.

أهم المواد الكيميائية في البحيرة هي النيتروجين والفوسفور. تسمح هذه المواد الكيميائية للنباتات والطحالب الغنية بالمغذيات بالنمو. تتغذى الكائنات الحية الأخرى على هذه النباتات والطحالب ، مما يخلق نظامًا بيئيًا معقدًا وصحيًا.

تتأثر كيمياء البحيرة بالعمليات البيولوجية والجيولوجية والبشرية. قد يتغير توازن العناصر الغذائية بسبب الظواهر البيولوجية مثل & ldquoalgal blooms ، & rdquo عندما تتكاثر الطحالب بسرعة كبيرة تمنع أي مواد مغذية من الوصول إلى ما تحت سطح البحيرة و rsquos. يمكن للعمليات الطبيعية مثل ثوران بركان قريب أن تغير الجانب الكيميائي للبحيرة عن طريق إدخال غازات أو معادن جديدة. التلوث ، مثل إدخال المواد الكيميائية السامة من الصناعة أو الزراعة ، يمكن أن يؤثر أيضًا على كيمياء البحيرة و rsquos.

يمكن أن تؤثر كمية الأكسجين ومستوى الأس الهيدروجيني أيضًا على كيمياء البحيرة و rsquos. يجب أن تحتوي البحيرة على كمية صحية من الأكسجين للحفاظ على الحياة. البحيرات التي لا تحتوي على ما يكفي من الأكسجين للحفاظ على الحياة غير حيوية.

مستوى الأس الهيدروجيني هو خاصية كيميائية لجميع المواد. يشير مستوى الأس الهيدروجيني للمادة و rsquos إلى ما إذا كان حمض أو قاعدة. المواد ذات الأس الهيدروجيني أقل من 7 هي مواد حمضية ذات أس هيدروجيني أكبر من 7 مواد أساسية. تتمتع البحيرات بمستويات مختلفة من الأس الهيدروجيني ، مع تكيف الحياة مع البيئات الكيميائية المختلفة. بحيرة تنجانيقا ، إحدى البحيرات الأفريقية الكبرى ، لديها درجة حموضة عالية للغاية. إنه مليء بالمعادن المذابة. تزدهر الأسماك مثل البلطي في بحيرة تنجانيقا. Tilapia, a variety of cichlid, can also thrive in lakes with very low pH.

The Life Cycle of Lakes

Once formed, lakes do not stay the same. Like people, they go through different life stages&mdashyouth, maturity, old age, and death. All lakes, even the largest, slowly disappear as their basins fill with sediment and plant material. The natural aging of a lake happens very slowly, over the course of hundreds and even thousands of years. But with human influence, it can take only decades.

A lake&rsquos plants and algae slowly die. The warm, shallow water of the upper layer of the lake causes plants and algae to decompose, and eventually they sink to the basin. Dust and mineral deposits on the bottom of the lake combine with the plants to form sediment. Rain washes soil and pebbles into the basin. The remains of fish and other animals pile up on the lake&rsquos bottom. The lake becomes smaller, starting at the edges and working toward the middle. Eventually, the lake becomes a marsh, bog, or swamp. At this point, the drying-up process slows down dramatically limnologists, people who study lakes and ponds, aren&rsquot sure why. Eventually, the lake becomes dry land.

Dry lake beds are a perfect place to find and study fossils. Archaeologists often excavate ancient lake beds, such as Fossil Butte in the U.S. state of Wyoming. The remains of organisms, from single-celled bacteria to dinosaurs, were preserved over time as sediment on the lake bed built up around and on top of them. In fact, some scientists believe the first living organisms on Earth developed in lakes.

Lake Classification

There are three basic ways that limnologists classify lakes: how many nutrients lakes have, how their water mixes, and what kinds of fish live in them.

When lakes are classified by the amount of nutrients they have, limnologists are using the trophic system. Generally, the clearer the water in the lake, the fewer nutrients it has. Lakes that are very nutrient-rich are cloudy and hard to see through this includes lakes that are unhealthy because they have too many nutrients. Lakes need to have a balance of nutrients.

Lakes can also be classified by how the water mixes, or turns over from top (epilimnion) to bottom (hypolimnion). This is called lake turnover. Water in some lakes, mostly shallow ones, mixes all year long. These lakes have very little lake turnover.

Deep lakes experience lake turnover on a large scale. The middle layer, the thermocline, mixes and turns over throughout the year. It turns over due to climate, nutrient variations, and geologic activity such as earthquakes. However, major lake turnover happens during the fall and spring, when the lake&rsquos cold and warm waters mix and readjust. Most lakes that experience lake turnover are dimictic lakes, meaning their waters mix twice a year, usually in fall and spring.

Lake turnover changes with the seasons. During the summer, the epilimnion, or surface layer, is the warmest. It is heated by the sun. The deepest layer, the hypolimnion, is the coldest. The sun&rsquos radiation does not reach this cold, dark layer.

During the fall, the warm surface water begins to cool. As water cools, it becomes more dense, causing it to sink. This cold, dense water sinks to the bottom of the lake. It forces the water of the hypolimnion to rise.

During the winter, the epilimnion is coldest because it is exposed to wind, snow, and low air temperatures. The hypolimnion is the warmest. It is insulated by the earth. This is why there is ice on lakes during the winter, while fish swim in slightly warmer, liquid water beneath.

During the spring, the lake turns over again. The cold surface water sinks to the bottom, forcing the warmer, less dense water upward.

The final way to classify lakes is by the kinds of fish they have. This helps people in the fishing industry identify what kinds of fish they might be able to catch in that lake. For example, calling a lake a cold-water lake tells a fisherman that he can probably expect to find trout, a cold-water fish. A lake that has thick, muddy sediment is more likely to have catfish.

There are other ways of classifying a lake, such as by whether it is closed or fed by a river or stream. States also divide lakes into ones that are available for public use and ones that are not. Many people refer to lakes by size.

How Animals and Plants Use Lakes

Lakes are important in preserving wildlife. They serve as migration stops and breeding grounds for many birds and as refuges for a wide variety of other animals. They provide homes for a diversity of organisms, from microscopic plants and animals to fish that may weigh hundreds of kilograms. The largest fish found in lakes is the sturgeon, which can grow to 6 meters (20 feet) and weigh more than 680 kilograms (1,500 pounds).

Plants growing along the lakeshore may include mosses, ferns, reeds, rushes, and cattails. Small animals such as snails, shrimp, crayfish, worms, frogs, and dragonflies live among the plants and lay their eggs on them both above and below the waterline. Farther from the shore, floating plants such as water lilies and water hyacinths often thrive. They have air-filled bladders, or sacs, that help keep them afloat. These plants shelter small fish that dart in and out under their leaves. Waterbugs, beetles, and spiders glide and skitter across the surface or just below it. Small islands, floating plants, or fallen logs provide sunny spots for turtles to warm themselves.

Other animals live near the lake, such as bats and semi-aquatic animals, such as mink, salamanders, beavers, and turtles. Semi-aquatic animals need both water and land to survive, so both the lake and the shore are important to them.

Many kinds of water birds live on lakes or gather there to breed and raise their young. Ducks are the most common lake birds. Others include swans, geese, loons, kingfishers, herons, and bald eagles.

Many people think of fish when they think of lakes. Some of the most common fish found in lakes are tiny shiners, sunfish, perch, bass, crappie, muskie, walleye, perch, lake trout, pike, eels, catfish, salmon, and sturgeon. Many of these provide food for people.

How People Use Lakes

Lakes are an important part of the water cycle they are where all the water in an area collects. Water filters down through the watershed, which is all the streams and rivers that flow into a specific lake.

Lakes are valuable resources for people in a variety of ways. Through the centuries, lakes have provided routes for travel and trade. The Great Lakes of North America, for example, are major inland routes for ships carrying grain and raw materials such as iron ore and coal.

Farmers use lake water to irrigate crops. The effect of very large lakes on climate also helps farmers. Because water does not heat or cool as rapidly as land does, winds blowing from lakes help keep the climate more even. This is the &ldquolake effect.&rdquo The city of Chicago, in the U.S. state of Illinois, benefits from the lake effect. Chicago sits on the shore of Lake Michigan. When the western part of Illinois is snowing, Chicago often remains slightly warmer.

The lake effect can help farmers. In autumn, lakes blow warmer air over the land, helping the season last longer so farmers can continue to grow their crops. In spring, cool lake winds help plants not to grow too soon and avoid the danger of early-spring frosts, which can kill the young crops.

Lakes supply many communities with water. Artificial lakes are used to store water for times of drought. Lakes formed by dams also provide hydroelectric energy. The water is channeled from the lake to drive generators that produce electricity.

Because they are often very beautiful, lakes are popular recreation and vacation spots. People seek out their sparkling waters to enjoy boating, swimming, water-skiing, fishing, sailing, and, in winter, ice skating, ice boating, and ice fishing. Many public parks are built near lakes, allowing people to picnic, camp, hike, bike, and enjoy the wildlife and scenery the lake provides.

For some people, lakes are permanent homes. For example, indigenous people called the Uros have lived on Lake Titicaca in the Andes Mountains for centuries. The lake supplies almost everything the Uros need. They catch fish from the lake and hunt water birds.

The Uros also use the reeds that grow in Lake Titicaca to build floating &ldquoislands&rdquo to live on. The islands are about 2 meters (6.5 feet) thick. On them, the Uros build reed houses and make reed sleeping mats, baskets, fishing boats, and sails. They also eat the roots and the celery-like stalks of the reeds.

Lake Health: Blue-Green Algae

Although lakes naturally age and die, people have sped up the process by polluting the water. A major problem that threatens many lakes is blue-green algae. Blue-green algae is sometimes referred to as &ldquopond scum&rdquo and can be blue-green, blue, green, reddish-purple, or brown. It stays on the surface of the water and forms a sort of mat. When the conditions are just right, the algae multiplies quickly. This is called an algal bloom and is harmful to lakes, animals, plants, and people.

Blue-green algae is different from true algae because it is not eaten by other organisms. True algae is an important part of the food web because it supplies energy for tiny animals, which are then eaten by fish, which are then eaten by other fish, birds, animals, or people.

Blue-green algae, also called cyanobacteria, is not a part of the food web. It uses up important nutrients without contributing to the lake ecosystem. Instead, the algal bloom chokes up a lake and uses up the oxygen that fish and other living things depend on for survival. Plants die more quickly, sinking to the bottom and filling up the lake basin. Blue-green algae also can become so dense that it prevents light from penetrating the water, changing the chemistry and affecting species living below the surface.

When an algal bloom happens, water becomes contaminated. The toxic water can kill animals and make humans sick. Blue-green algae is not a new problem. Scientists have found evidence of it from hundreds of years ago. The problem has increased, though, as humans pollute lakes.

Eutrophication is when a lake gets too many nutrients, causing blue-green algae growth. How do the excess nutrients get into lakes? Sewage from towns and cities causes explosive growth of blue-green algae, and waste from factories can wash into the lakes and pollute them. Phosphorus-based fertilizers from farms, golf courses, parks, and even neighborhood lawns can wash into lakes and pollute them. The phosphorus seeps into the ground and eventually reaches the lake. Phosphorus is an important nutrient for a lake, but too much of it is not a good thing because it encourages blue-green algae.

How can blue-green algae be prevented or reduced? At home, people can help by using phosphorus-free fertilizer and by fertilizing only where it&rsquos needed. Preventing lawn clippings and leaves from washing into the gutter and maintaining a buffer of native plants help filter water and stop debris from washing away. Making sure septic systems don&rsquot have leaks, safely disposing of household chemicals (like paint), and minimizing activities that erode soil also help prevent the spread of blue-green algae.

Controlling phosphorous and chemicals from factories and farms is much more complicated. Citizens need to work with businesses and elected leaders to help reduce the amount of runoff and water pollution.

Lake Health: Invasive Species

When a plant or animal species is moved to a location where it&rsquos not originally from, the species is called an exotic species. When that species harms the natural balance in an ecosystem, the species is called invasive. Invasive species can harm life in a lake by competing for the same resources that native species do. When introduced to new food sources, invasive species multiply quickly, crowding out the helpful native species until there are more invasive than native species.

Invasive species can change the natural habitat of the lake and are known as biological pollutants when this happens. Once non-native species have been introduced into a lake, they are almost impossible to get rid of.

How do invasive species invade in the first place? Non-native plants and animals are almost always introduced by people. As people use waterways more frequently, they may inadvertently move organisms from one area to another.

Plants such as Eurasian watermilfoil, an invasive aquatic plant in the U.S., may cling to boats, clothing, pets, equipment, and vehicles. Small animals such as the spiny water flea can travel unnoticed by hopping onto a kayak or other recreational equipment.

Species are also carried by large ships bringing goods from one country to another. These ships take in ballast water, which helps stabilize the ship as it crosses the ocean. When the ship reaches its destination, it releases the ballast water. The water may be full of non-native species accidentally captured as the ship took on ballast.

The most famous invasive species in lakes is probably the zebra mussel, a small mollusk native to the Black Sea and the Caspian Sea in Europe and Asia. In the late 1980s, zebra mussels were found in several of North America&rsquos Great Lakes. Since then, zebra mussels have spread to lakes from the U.S. state of Louisiana to the Canadian province of Quebec. Zebra mussels devastate native plants and animals. Some scientists say they carry a type of disease that is deadly to birds that eat the mussels. Zebra mussels multiply so quickly that they clog pipes. This harms machinery at industrial plants that use water, including hydroelectric dams and water filtration plants. Ships, docks, anchors, and buoys have also been destroyed by the invasive zebra mussel.

Communities have worked to reduce the impact of invasive species. Many states have laws prohibiting the sale or transport of non-native species. People are encouraged to inspect their boats and other equipment for wildlife. Boaters should remove plants, animals, and mud before leaving the water-access area. They should also drain any water from their boat. Rinsing boats, equipment, and even people can help reduce the transfer of harmful species. People should also get rid of leftover bait and report any species they see that look like they might not be native. These steps can make a big difference in keeping the habitat of a lake healthy.

Lake Health: Acid Rain

Another major threat to lakes today is acid rain. Some acid is natural, even in pure rain. This slightly toxic chemical slowly weathers rocks and soil. Acid rain, however, is caused by human activities and is harmful. It is caused by toxic gases from factories, coal-fired power plants, vehicle exhaust, and home furnaces.

Nitrogen and sulfur, the main ingredients of acid rain, rise in the air and may be carried hundreds of kilometers by wind. When these gases mix with the moisture in clouds, they form strong acids, which kill fish, plants, and other organisms when the acids fall as rain or snow on lakes. Acid rain can also affect humans, causing asthma and bronchitis, and damaging lung tissue. Methylmercury, a toxic form of mercury, has been linked to acid rain. Eating fish containing high levels of this mercury is particularly harmful for pregnant women, the elderly, and children.

Lakes and soil can neutralize normal levels of acid, but acid rain is too strong for lakes to combat. Eventually, acid rain leaves lakes sterile and lifeless. There are many lakes today in the United States, Canada, and parts of Europe dead or drying up because of acid rain.

Some steps have been taken to curb acid rain. The Clean Air Act was passed by the United States Congress in 1990. It required all utility companies to reduce the amount of toxic emissions by 40 percent by the year 2000. At home, people can help the problem by replacing old furnaces, turning off electronics when they&rsquore not being used, and using fans or opening windows in the summer instead of air conditioning. Using compact fluorescent light bulbs (CFLs) and energy-efficient vehicles also help reduce the amount of pollution going into the air.

Lakes are among the most valuable and most beautiful of the Earth&rsquos resources. Most experts agree that lakes must be kept clean and free from pollution if they are to continue to provide the many benefits that we receive from them today.

Photograph by Diane Chatterton, MyShot

Lake District
The Lake District is a famous wilderness area in northern England. Lake District National Park is one of the countrys most popular parks. Besides lakes, the Lake District is filled with mountains and hills, valleys and streams, bogs and plains. The Lake District was a favorite place of the so-called Lake Poets, a group of 19th-century English writers including William Wordsworth and Samuel Taylor Coleridge.

A Lake by Any Other Name
A mere is a large, shallow lake. Meres are common in the United Kingdom, while meers (the Dutch word for lake) are found in the Netherlands.

Lochs are lakes or bays mostly found in Scotland.

Lake Vostok
Lake Vostok, in Antarctica, is one of the largest subglacial lakes in the world. Lake Vostok is about the same size as Lake Ontario, and even has an island in the middle of it. On top of the lake is an icecap 4 kilometers (2.5 miles) thick. The ice actually insulates the water, preventing it from freezing.


Eutrophication and its Impacts

Eutrophication is the process of enrichment of lakes and streams with nutrients, and the associated biological and physical changes. Eutrophication is a natural process, but human activity has dramatically increased its rate in many waterbodies. * Lakes and ponds are particularly vulnerable to eutrophication because the nutrients carried into them continue to buildup in contrast, the nutrients can be carried away in moving water.

Some results of excessive eutrophication are visible: thick mats of algae in the water scum and foam odor and taste problems and death and disease of fish and other aquatic organisms. Other effects, such as the reduction in dissolved oxygen, cannot be seen directly, although the conditions often produce visible results such as dead fish.

An increase in the water's الرقم الهيدروجيني as a result of the increased growth of algae is another impact that is not directly visible. High pH can be toxic to fish and other organisms, and it can also make other substances, such as ammonia, even more toxic than they are otherwise.

Excess nutrients not only affect stream health but also may impact human health and livestock. Although phosphorus is not toxic to human adults in moderate concentrations, high levels of نترات in drinking water (10 milligrams per liter or greater) can injure or kill livestock or human infants. Nuisance species of algae, such as some cyanobacteria (also called blue-green algae), produce toxins that affect the nervous system and liver, posing a threat to animals and humans who ingest them.

The worldwide increase in red tides and other blooms of toxic algae in coastal ocean waters has been linked to nutrient enrichment coming from coastal rivers. Nuisance species such as these, in fresh water as well as coastal oceans, can increase and force out less tolerant species, resulting in a loss of aquatic biodiversity .


Organ Pipe Cactus (Stenocereus thurberi)

The organ pipe cactus lives up to its name because of the long tubular succulent stems that look like a pipe organ. These common desert plants grow up to 16 ft. (5 m) and the thick-ribbed stems are covered in sharp spines. Desert dwellers prized these plants due to their large tasty fruits. Some say that the delicious fruits from this plant taste better than watermelon.

These drought-tolerant plants grow well in gardens that get full sun and little shade. As with most succulent and cacti, plant them in well-draining, sandy soil. In their native habitat, the cacti are found in Arizona and Mexico in the Sonoran Desert.


Why are there no tree-like plants that grow in lakes? - مادة الاحياء

The word "native" means "originally coming from a certain area." If you were born in Greensboro, NC, you can say that you are محلي to Greensboro. A native species is any species that originally came from the area in which it now lives.

Non-native means not originally coming from a certain area. If you were born in Venezuela, you can say that you are non-native to the United States. A non-native species is a species that did not originally come from the area in which it now lives.

The danger of non-native species
Although there are many beautiful plants in Hawaii, it is not a good idea to bring them to North Carolina. A flower from Hawaii may have no natural predators, or things that eat it, in North Carolina. If you bring the seeds of a Hawaiian flower back to North Carolina and plant it in your backyard, that flower may grow and soon overtake your entire backyard since there are no predators to eat it. Soon, that flower may grow all over your neighborhood. Your neighbors may not appreciate having their entire yard taken over by that plant, no matter how beautiful you used to think it was!

One important component of any ecosystem is biodiversity. Biodiversity is a measurement of the number of different species living in an area. Rainforests and coral reefs are known for having many different species. We say that they have high biodiversity.

An ecosystem that has low biodiversity may contain lots of living things but they are almost all the same. For example, a cornfield may be full of corn plants, but it only contains one type of plant- corn.

The growth of a non-native species can pose a great threat to the biodiversity of an ecosystem. If a non-native species is brought to an ecosystem, it may overtake native plants and animals. Eventually, the only organism that lives in an area might be the non-native species. The overgrowth of non-native species usually lowers the biodiversity of an area.


Examples of invasive non-native species

Rabbits in New Zealand

When European sailors first came to New Zealand in the 1700s and 1800s, they had a hard time finding food. Some sailors thought it would be a good idea to bring over some rabbits from Europe and let them live in the wild of New Zealand. The sailors could let the rabbit population increase for a while, then hunt the rabbits for food. What the sailors didn't realize was that these rabbits had no natural predators on New Zealand and that the rabbits would thrive on the island. After a few years, the rabbit population was out of control. Rabbits reproduce very rapidly, and even though the sailors tried to limit their population by hunting the rabbits, rabbits continued to take over the island. The rabbits ate and destroyed crops and continue to be a nuisance on New Zealand today.

Kudzu in the Southeastern United States
Have you ever seen piles and piles of green, leafy vines covering land on the side of roads and highways? This rampantly growing invasive species is kudzu. Kudzu is a climbing vine plant in the pea family, native to Japan. Kudzu is a vine that climbs over trees and bushes and grows so rapidly that it kills plants by keeping them from getting any sunlight.

Kudzu was brought to the United States in 1876 for a fair celebrating America's 100th birthday in Philadelphia, Pennsylvania. Japanese gardeners created beautiful, lush displays using the kudzu plant, which has sweet-smelling purple blooms on its green vines. Soon after, gardeners in Florida introduced the kudzu plant in the 1920s as an easily grown food for animals.

During the 1930s, environmental agencies promoted the use of Kudzu to prevent soil from washing away after heavy rain. Farmers were paid to plant kudzu in empty fields to prevent erosion.

Unfortunately, the hot, moist climate of the Southeastern United States is جدا perfect for kudzu. Kudzu can grow over 1 foot a day during warm summer months. Kudzu grew all over empty land and began growing on and "choking out" trees and other native plants by blocking out sunlight. Attempts at killing kudzu with herbicides and other weedkillers proved futile as kudzu is resistant to most weedkillers.

Kudzu is currently spreading at the rate of 150,000 acres in the United States each year.

Zebra Mussels in North America

Zebra mussels are small, freshwater mussels native to Russia. Zebra mussels can grow out of control in waterways with few or no native predators. Zebra mussels were accidentally brought to North America on the underside of boats that traveled from Russian waters to the Great Lakes. Soon, these mussels began growing out of control. They out-competed native species and began to damage boats, docks, and water treatment machinery.

Killer Bees and Brazil
Africanized honey bees, also known as killer bees, were created by mating African bees with European honey bees. These Africanized bees are a great deal more aggressive than the European honey bee species.

Killer bees in North and South America descended from 26 bees that were accidentally released by a researcher in São Paulo in southeastern Brazil. As of 2002, these bees have spread from Brazil to Central America, Mexico, Texas, and Louisiana.

Although Africanized bees are called "killer bees," their sting is no more dangerous than a normal honey bee. What makes Africanized honey bees dangerous is that they are more easily provoked, or angered, than the honey bees native to North and South America.


Roots and Stems

Woody stems and mature roots are sheathed in layers of dead cork cells impregnated with suberin &mdash a waxy, waterproof (and airproof) substance. So cork is as impervious to oxygen and carbon dioxide as it is to water. However, the cork of both mature roots and woody stems is perforated by nonsuberized pores called العدس. These enable oxygen to reach the intercellular spaces of the interior tissues and carbon dioxide to be released to the atmosphere.

Figure 16.2.4.2 Lenticels. The photo shows the lenticels in the bark of a young stem.

In many annual plants, the stems are green and almost as important for photosynthesis as the leaves. These stems use stomata rather than lenticels for gas exchange.


شاهد الفيديو: تحفة فنية زراعية من النعناع و الرشاد (كانون الثاني 2022).