תנאים א-ביוטיים

תנאים א-ביוטיים הם מכלול הגורמים הדוממים (כימים ופיזיקליים) שבסביבתו של אורגניזם הכוללים: טמפרטורה, מים, אור, חמצן וכדומה.

 טמפרטורה

הטמפ' באזורים השונים נקבעת לפי:

1. 1.המרחק מקו המשווה.
   הבדלי גובה.

הטמפרטורה מהווה גורם מגביל:

גורם מגביל- גורם הקובע את קצב התהליך ותמיד נמצא במינימום.

טמפ' מתחת 0 מעלות גורמת לקיפאון אפשרי בתאים.

טמפ' מעל 45 מעלות גורמת לזירוז מואץ של תהליכים.

הטמפ' בגוף האדם היא 37 מעלות. הגוף צריך להתאים את עצמו לטמפ' במקומות שונים. לגוף יש טמפ' מיטבית לפעילות אנזימטית ולכן הגוף צריך לשמור עליה. האורגניזמים שונים זה מזה בכושר ויסות הטמפ':

פויקילותרמיים: טמפ' גוף משתנה, חסרי מנגנון לויסות טמפ' ולכן הויסות נעשה ע"י שינוי התנהגותי. בקבוצה זו נכללים חסרי חוליות, דגים, דו- חיים וזוחלים.

הומיאותרמיים: בע"ח בעלי טמפ' גוף קבועה. בעלי מנגנון לויסות הטמפ'. בקבוצה זו נכללים עופות ויונקים.

ככל שטמפ' הסביבה גבוהה יותר, צריכת החמצן בפויקילותרמיים גבוהה יותר ובהומיאותרמיים נמוכה יותר.

בבע"ח פויקילותרמיים ככל שהטמפ' גבוהה יותר בסביבה, טמפ' גופם עולה, תהליכים מהירים יותר מובילים לצריכת יותר אנרגיה וצורך גדול יותר בחמצן.

בבע"ח הומיאותרמיים יש מנגנוני ויסות נגד שינויי טמפ' בגוף ולכן כמות צריכת החמצן יורדת כדי לא להתחמם עוד יותר ע"י האצת תהליכים. הגוף גורם לעצמו לעבוד יותר במצב קר כאשר הוא מרעיד את השרירים הוא צורך יותר חמצן ופולט חום.

 מים

המים מהווים סביבה וגורם אביוטי.

בבע"ח יש מע' הובלה המובילה את המים.

בצמחים הם עוברים בצינורות עצה. ישנו תהליך בשם "דיות".

קוהזיה- משיכה בין מול' מים לבין עצמן.

אדהזיה- משיכה בין מול' מים לבין חומרים אחרים.

כיוון שבצמח אין משאבה המים עוברים בדיות ע"י הפיוניות. העלייה של המים לגבהים נעשית בעזרת הקוהזיה והאדהזיה, כאשר "המשאבה" היא למעשה תהליך הדיות. התהליך נעשה בגלל ריכוזים אוסמוטיים. המים נקשרים בינם לבין עצמם ולדפנות הצינור המוביל (תאית).

מקורות החמצן במים הם אוויר וצמחים (פוטוסינתזה). החמצן שבע"ח במים נושמים כלוא למעשה בין חלקיקי המים. בחורף יש יותר חמצן במים כיוון שהמול' כולאות את המים והאידוי נמוך. בקיץ יש פחות חמצן כיוון שהאידוי גבוה יותר.

תכונות המים:

חשיבותם של המים לחיי האורגניזמים מתבטאת בשלוש תכונות:

1. קוטביות המים
2. שמירה על הטמפרטורה
3. האנומליה של המים
4. קוטביות המים

כל מול' מים מורכבת משני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן, כך שאטום החמצן מהווה את הקוטב החיובי ואטום המימן מהווה את הקוטב השלילי.

תופעת הקוטביות גורמת לכך ש:

א. מולקולות מים נמשכות זו לזו

ב. מולקולות מים נמשכות למולקולות אחרות

תכונת הקוטביות מסבירה חלק ניכר מתכונות המים. לדוגמא:

1. חומרים אחרים, קוטביים גם כן, נמשכים אל מולקולות המים וכך מתמוססים בהן.
2. מולקולות המים הקוטביות נמשכות אחת לשנייה בחוזקה ויוצרות משטח חזק על פני המים. תכונה זו באה לידי ביטוי בכך שחרקים יכולים לעמוד על פני המים כאילו היו יריעת ניילון.
3. שמירה על הטמפרטורה

למים יש תפקיד חשוב מאוד בשמירה על הטמפרטורה בסביבת חיים מימית (ימים ואגמים) ובתוך גופם של אורגניזמים:

1. המים מסוגלים לקלוט אנרגיית חום רבה מבלי להתחמם במידה ניכרת
2. המים יכולים לאבד אנרגיה רבה בלי להתקרר במידה ניכרת.

מכאן נובע–>

1. הטמפרטורה של גופי מים גדולים (אוקיינוסים, ימים ואגמים) אינה משתנה בהשוואה לטמפ' האוויר שסביבם.
2. התאדות הזיעה צורכת אנרגיה רבה שמקורה בגוף וכך הוא מתקרר
3. האנומליה של המים

אנומליה- נפחם של המים משתנה בזמן הקפיאה.

כלומר, בניגוד לחומרים אחרים, למים במצב מוצק (קרח) יש נפח גדול יותר ומסה סגולית קטנה יותר מאשר למים במצבם הנוזלי.

תכונה זו קשורה בתופעה חשובה המתקיימת באגמים באזורים קרים בעונת החורף: שכבת הקרח, הקלה מהמים הנוזליים, צפה על פני האגם ובכך מבודדת את המים שמתחתיה ומונעת את קפיאתם, כך שהחיים מתחת לפני האגם יכולים להמשיך ולהתקיים גם בחורף.

לסיכום

1. קוטביות המולקולה מסייעת למים להמיס חומרים ובכך תורמת להובלתם.
2. למים חום סגולי גבוה וחום התאדות גבוה, כך שהמים שומרים על טמפ' יציבה יחסית לטמפ' האוויר שסביבם ושהתאדות הזיעה מקררת את הגוף.
3. המסה הסגולית של קרח קטנה מזו של מים ולכם הוא צף על פניהם, תופעה המונעת קפיאה של מי האגמים ומאפשרת חיים בהם גם בתקופת החורף במקומות קרים.

בעלי חיים וצמחים המתמודדים עם מחסור במים

ישנן 3 התאמות המשותפות לכל האורגניזמים המותאמים לחיים ביבשה:

א.      כיסוי שטח הגוף במעטה אטום למים- לכל אותם האורגניזמים החיים ביבשה ישנה שכבת מגן אשר פועלת על מנת למנוע התאדות של מים מגוף האורגניזם. לדוגמא: העור- אצל בעלי החיים והקוטיקולה אצל הצמחים והחרקים.

ב.      הגנה על האזורים שבהם מתרחשים חילופי הגזים עם האוויר- חילוף הגזים באורגניזמים אלה חייב להתקיים בסביבה לחה ועל כן שטח הפנים של תאיהם הינו לח. בעלי חיים מסוימים פיתחו ריאות שתפקידן לבצע את חילוף הגזים כאשר הן נמצאות בפנים הגוף ומוגנות מפני התייבשות.
בנוסף לכך, תאי הצמחים קולטים את החמצן והפחמן הדו חמצני דרך דפנות התאים הלחים ונעזרים בפיוניות אשר נסגרות כאשר לצמח יש מחסור במים.

ג.       רבייה שאינה תלויה במים- באורגניזמים אלה מערכת הרבייה נעשית במעין "סביבה מימית פנימית" לדוגמא: גרגר האבקה של הצמחים מוגן בעטיפה אטומה למים והתא המופרה מוגן ע"י העטיפות של הזרע. בזוחלים, בעופות וביונקים ההפריה היא פנימית ולכן אין מגע עם האוויר. אצל היונקים, גם לאחר ההפריה שמור העובר מפני התייבשות בתוך הרחם. בזוחלים ובעופות הצאצא נשמר בתוך ביצה האטומה למים, שבתוכה תמיסה מימית.

התאמות של צמחים למחסור במים: המדבר זהו אזור יבש בו הטמפרטורות גבוהות מאוד במהלך היום והגישה למים כמעט בלתי אפשרית.

התאמות מבנה:

1. קוצים במקום עלים- מינים רבים החיים במדבר הופכים את עליהם לקוצים על מנת להקטין את שטח הפנים ובכך למנוע את ההתאדות המהירה של המים.
2. צמחי מדבר הם לרוב בעלי שורשים עמוקים ומסועפים יותר מצמחים רגילים, וזאת בכדי להגדיל את נפח הקרקע שממנה הוא קולט את המים. לעומתם, ישנם צמחים נוספים אשר שורשיהם שטחיים וסיביים על מנת לספוג לחות מפני הקרקע.
3. כיסוי של קוטיקולה עבה, המונע התאדות ואיבוד מים.
4. פיוניות שקועות ומכוסות בשערות- היוצרות שכבת בידוד כך שנוצר אזור לח יחסית לאוויר היבש בסביבה, הגורם להורדת ההתאדות באופן משמעותי ובנוסף חילוף הגזים מתרחש לאט יותר.
5. אגירת מים בעלים- צמחים מסוימים אוגרים ברקמותיהם הבשרניות את המים המעטים ושומרים עליהם. (המים לא מתאדים בזכות שכבת שעווה או שערות)
6. שטח עלים קטן ונשירת העלים בקיץ- ככל ששטח הפנים קטן יותר לצמח יש פחות אפשרות לאבד נוזלים.
7. גלילת עלים- עליו של הצמח מגולגלים כאשר בצד הפנימי נמצאות הפיוניות. כך ששטח הפנים קטן ופחות מים מתאדים.
   *לסרוק את התמונה של ידיד החולות מהספר ע"מ 78.

התאמות פיסיולוגיות:
פיוניות פתוחות בלילה- צמחי מדבר מסוימים פותחים את הפיוניות בשעות הלילה על מנת לקלוט פחמן דו חמצני מבלי לאבד נוזלים רבים בהתאדות. את הפחמן הדו חמצני הצמח אוגר ובשעות היום נעזר בו לתהליך הפוטוסינתזה.

התאמות התנהגותית:
מניעת תחרות על המים- כדי למנוע תחרות על מי המדבר המעטים הצמחים המדבריים מפוזרים ללא כל קרבה ומנצלים כל טיפת מים מצויה.

התאמות של בעלי חיים למחסור במים:

התאמות התנהגותיות:

1. מחייה במקומות מוצלים ולחים, בתוך הקרקע או בסבך הצמחייה ליד מקווי מים על מנת לא להיחשף לשמש, בעיקר שלשול וצפרדעים שמאבדים הרבה מים בשל הריריות העוטפות את גופן.
2. בעלי החיים שחום גופם אינו קבוע כגון לטאות ונחשים צדים את טרפם עם זריחת השמש, בשעות בהן הטמפרטורה לא חמה במיוחד ולא קרה במיוחד.
3. פעילות לילית- יצורים ליליים קטני גוף פעילים בשעות הקרות, הם אינם זקוקים למנגנון קירור הגוף ולכן אינם מאבדים מים מתהליך זה.
4. נדידה- ציפורים עוזבות את המדבר בעונה החמה והיבשה בכדי לא להתמודד עם תנאים קשים של מחסור במים.

התאמות פיסיולוגית- ביוכימית:

1. ספיגה חוזרת של מים במעי ובכליה- בנוסף לכך שמים נספגים במעי ומגיעים לדם, חלק מהמים מסתננים בכליה, נספגים בגוף ולא מופרשים בשתן.
2. הפרשת פסולת חנקנית מוצקת- בחרקים, בזוחלים ובעופות רבים חומרי הפסולת שהגוף מייצר מופרשים כחומצת שתן שאינה מסיסה במים ולא כשתנן, המומס במים. בהפרשותיהם אינם מאבדים מים בשל שתן מרוכז במלחים וצואה יבשה.
3. שימוש במים מטבוליים כמקור מים- כאשר מתחמצן האוכל בגוף האורגניזם, נקשר חמצן למימן ונוצרים מים מטבוליים, בהם משתמש האורגניזם במקום מקור מים חיצוני.
4. קצב מטבוליזם נמוך- מאפשר צריכה מועטת של מזון אשר מפחית את המאמץ להשגת מים. בנוסף לכך, היצור לא צריך חמצן רב לכן מורך אוורור מועט המקטין את אובדן המים.
5. קצב נשימה איטי- הנשימות העמוקות והאיטיות מקטינות את איבוד המים בשל העובדה שבכל פעם שאנו נושמים אנו מוציאים נוזלים מהגוף.
6. פיתוח חוש ריח- בעלי חיים מסוימים פיתחו לעצמם חוש ריח מיוחד למציאת מים המצויים בכמויות גדולות ביותר.

התאמות מבנה:

1. רגליים ארוכות המבודדות את הגוף מהקרקע- המרחק מהקרקע מקטין את קליטת החום ממנה.
2. שכבה המגנה מפני אובדן מים- אצל הזוחלים ישנם קשקשים העמידים בפני התייבשות בשל היותם מבודדים מחום הסביבה, אצל היונקים משמשת הפרווה כאמצעי בידוד, אצל העופות נוצות ואצל החרקים קוטיקולה (ושריון המגן עליהם).

חשיבות המים

– המים חשובים לחיי האורגניזמים בכל רמות הארגון החל בתא וכלה במע' האקולוגית.

– הידרוליזה- פירוק מול' ליחידות קטנות נעשה ע"י מים (פירוק אבות מזון לאבני יסוד).

– תאי האורגניזמים מכילים 80% מים. התא הוא למעשה סביבה מימית בה מתרחשים התהליכים השונים: סינתזה של חומרים, פירוק חומרים, הפקת אנרגיה, הובלת חומרים ועוד.

– בתהליכים הביוכימיים בתא המים משמשים הן כמגיב והן כתוצר.

– בפוטוסינתזה מפורקות מול' מים והמימן נקשר ל- CO₂.

תפקידי המים בחיי האורגניזמים:

1. הובלת מומסים-המים הם הממס הטוב ביותר בטבע.

באורגניזמים הרב תאיים מועברים חומרים ע"י מע' הובלה.

באורגניזמים החד תאיים מעבירים המים מומסים בתא עצמו.

בצמחים מועברים מינרלים מהקרקע באמצעות צינות העצה אל כל חלקי הצמח. תוצרי הפוטוסינתזה מועברים במים באמצעות השיפה.

2. תאי רביה מועברים במים-ישנם אורגניזמים החיים ביבשה אך למרות זאת תלויים במים לרבייה. הצפרדע מטילה את ביציה במים, תאי הזרע מופרשים במים והראשן חי במים.
3. שמית היציבות בצמחים לא מעוצים (עשבוניים):בגופם של צמחים צעירים חד שנתיים אין חומרים מעוצים. זקיפות הצמח וצואת העלה נשמרים רק בגלל המים.

המים כבית גידול

האוקיינוסים, האגמים והנחלים מהווים כבית גידול נוח לאורגניזמים שונים:

1. אין סכנת התייבשות לתאים.
2. אין שינויים קיצוניים בטמפ' בין יום ללילה.
3. חומרים מומסים.
4. אין צורך בשלד- מדוזה.
5. קיימים זרמים במים המקלים על תנועת האורגניזמים ותאי הרבייה.

התאמות לחיים במים

התאמת מבנה הגוף לתנועה במים

1. תנועת הדגים והיונקים מהירה יותר עקב כך שגופם חלק והחיכוך מינימאלי.
2. קרומי השחייה האופייניים לבע"ח במים (ברווזים) מקלים על תנועתם.

התאמת איברי הנשימה לריכוז החמצן בדם

חמצן נמס במים בשיעור מועט בהשוואה לריכוזו באוויר- פי 30 מאשר במים. עם העלייה בטמפ' מסיסות המחמצן במים פוחתת. לדגים ישנה התאמה בדמות מבנה הזימים המותאם להעברת כמויות גדולות של מים על פני כל הדם. כך נקלט החמצן ביעילות. מסיסות החמצן במים חמים קטנה מאשר במים קרים.

הפרשת עודפי מים באורגניזמים החיים במים מתוקים

אורגניזמים אשר חיים במים מתוקים עוברים אוסמוזה של מים מהסביבה לתוך האורגניזם. בתוך האורגניזם ריכוז המלחים גבוה מהמים המתוקים והמים עוברים באוסמוזה במפל ריכוזים. מים מתוקים הם מים בהם ריכוז המלחים נמוך

במצב של עודף מים בע"ח פתחו איברים ומנגנונים להתמודדות:

–          לסנדלית יש בועית מתכווצת המתמלאת ומתרוקנת מפעם לפעם.

–          באורגניזמים רב תאיים ישנן מערכות הפרשה המסלקות מים וחומרי פסולת.

תמיסה היפוטונית- מעט מלחים הרבה מים.

תמיסה היפרטונית- מעט מים, הרבה מלחים.

הפרשת עודפי מלחים בבית גידול מימי מלוח

 בבתי גידול כאלה קיימות 2 בעיות:

1. מתרחשת דיפוזיה ממי הים המלוחים לתוך האורגניזמים. כתוצאה מכך ישנה הצטברות מלחים בגוף העלולה לפגוע בתפקוד התאים.
2. איבוד מים מהאורגניזמים לסביבה.

קיימים 3 מנגנונים לשמירת מאזן המים:

1. שתיית כמות רבה של מי ים.
2. הפרשת עודפי מלחים ואמוניה באמצעות תאים מיוחדים בזימים.
3. הפרשת כמות קטנה של שתן.

 אור

קרינת השמש היא מקור חיים על פני כדה"א.

האורגניזמים החיים על פני כדה"א מוצפים בקרינה המגיעה מהשמש, בלעדיה אין חום.

קיימים 3 סוגי קרינה:

1. קרינה בתחום העל סגול.
2. קרינה בתחום האור הנראה.
3. קרינה בתחום התת אדום.

קרינה היא אחת הדרכים בהן מועברת אנרגיה.

האור הוא צורת קרינה אלקטרומגנטית, קיימות נוספות כגון קרינת גלי רדיו.

אחד המאפיינים של כל קרינה הוא אורך הגל. ככל שאורך הגל קטן יותר כך הקרינה רבה יותר בכל יחידת אנרגיה (פוטון).

תחום על סגול- אורך גל קצר, אנרגיה גדולה בכל פוטון.

תחום תת אדום- אורך גל ארוך, אנרגיה קטנה בכל פוטון.

השפעת הקרינה על האקולוגיה:

קרינה בתחום העל סגול היא קרינה שאינה נקלטת בעין האדם, כמו כן השפעותיה מועילות ומזיקות. קרינה זו פוגעת בDNA ומשנה אותו.

קרינה האור הנראה

קרינה זו היא אותו חלק מכלל קרינת השמש הנקלט בעינינו. זוהי החשובה ביותר במע' האקולוגית מהסיבה שהיא מהווה מקור אנרגיה בלעדי לרוב המע' האקולוגיות.

קרינת האור הנראה מנוצלת לפוטוסינתזה.

לקרינה זו תכונה נוספת: בשעה שהאור נבלע בגוף כהה הוא מסוגל להפוך לקרינת חום וזהי הסיבה שחפצים שמטרתם לקלוט חום הם כהים.

קרינת האור הנראה היא מ400 ננומטר עד 700 ננומטר כאשר:

–          400 ננומטר: צבע סגול, אורך גל הכי קצר והכי הרבה אנרגיה.

–          700 ננומטר: צבע אדן, אורך גל הכי ארוך והכי מעט אנרגיה.

קרינה בתחום התת אדום

קרינה זו אינה נראית לעין האדם, אך האדם חש בה כחום. קרינת החום המגיעה מהשמש חשובה לחיי האורגניזמים כיוון שבע"ח פויקילותרמיים משתמשים בה לאיזון חום הגוף. בקטבים אין חום ותהליכים אקולוגיים מתרחשים בקצב איטי ונמנעת התפתחות של מע' אקולוגיות מורכבות. האור משתתף בהרבה תהליכים.

השפעת האור על חיי האורגניזמים

יש דינאמיות בהתחלפות אור וחושך: עונות השנה, לילה ויום.

השפעתו על אורגניזמים שונים מתבטאת במושג הקרוי:

טקסיס- תנועה של אורגניזמים או של תאים בגירוי חיצוני.

פוטוטקסיס- תנועת האורגניזמים בתגובה לאור, מתחלק לשני סוגים:

1. פוטוטקסיס חיובי- לכיוון האור.
2. פוטוטקסיס שלילי- לכיוון ההפוך מהאור.

דוגמא: לעצים יש נטייה לצמוח למעלה, לכיוון האור.

לסנדלית יש פוטוטקסיס חיובי, תנועה לכיוון האור.

לשרש יש פוטוטקסיס שלילי, ולחלק העליון של הצמח שלילי.

בתהליך זה מעורבים הורמונים.

האור דרוש לייצור כלורופיל בצמחים. הפרחים פורחים ביום ובלילה נסגרים. האור משפיע על הצמיחה. מועד הנשירה של עלים תלוי באורך היום, וכן הנביטה מושפעת מאורך היום.

חילופי עונות לסתו וחורף מביאים ליום קצר יותר ולמחסור בכלורופיל- החלפת הצבע של העלה ונשירתו לבסוף- הכלורופיל מתפרק בהעדר אור.

האור מזרז פעילות מינית אצל תרנגולות ומשפיע על התפתחותה. לכן בלולים יש הרבה אור להאיץ את הטלת הביצים. האור משפיע על רמת ההורמונים הקשורים לחיזור, וכן על נדידה התלויה במספר שעות האור ביום ובעונות השנה.

התאמות לעוצמות אור שונות וארכי גל שונים

1. צורת העלה-שטח הפנים קטן יחסית למפח- קליטת אור מרבית.
2. ארגון העלה-שלא תהיה הסתרה של עלה אחד ע"י עלה אחר.
3. ארגון הצמחים ביער-תחרות על האור בין צמחים.

הכלורופיל נמצא בכלורופלסטידות (כלורופלסט) הנמצאות בציטופלזמה. הוא חומר אורגני שאינו מתמוסס במים. בתאי האפידרמיס עצמם אין כלורופלסטידות. בפיוניות הן קיימות למשל, וכן בשאר שכבות העלה. כלורופיל נמס בכוהל ולכן כדי להפיקו מעלה צריך להמיס אותו בכוהל.

קיימים שני סוגי עלים:

1. עלה פשוט-עלה בודד היוצא מהגבעול.
2. עלה מורכב-בעל ציר ויוצאים ממנו עלעלים.

התאמות צמחים הגדלים ביער

1. 1.צמצום מחזור החיים- עצים גבוהים עומדים בשלכת.
2. התאמות של מנגנון הפוטוסינתזה לפעילות גם בעוצמות אור נמוכות.
3. צמחים המטפסים על עצים- ככל שהחורש יותר סבוך מצויים יותר מטפסים.

פוטוסינתזה במים

המים הם כמו מנסרה- כלומר לא מעבירים את כל ארכי הגל במידה שווה.

ארכי הגל הירוקים- חודרים עמוק יותר.

ארכי הגל הכחולים והאדומים- חודרים עמוק פחות.

צמחים הבולעים את ארכי הגל הירוקים חיים בשכבות הנמוכות יותר, לעומת צמחים הבולעים את ארכי הגל האדומים והכחולים שחיים בשכבות עליות יותר. כל זאת עקב הרכב הפיגמנטים של הצומח.

העלים ירוקים כיוון שהם מחזירים את האור הירוק ובולעים את כל השאר. הפוטוסינתזה משתמשת בגלי אור אדום וכחול. ירוק לא משתתף בפוטוסינתזה.

 חמצן

חשיבותו של החמצן

רוב האורגניזמים הרב תאיים הם אארובים, כלומר זקוקים לחמצן שבעזרתו מחומצנות התרכובות האורגניות בתא בתהליך הנשימה התאית. בתהליך זה מופק ATP המשמש כמקור אנרגיה לפעולות של התא. החמצן המשתתף בתהליך הנשימה התאית נקשר בסופו של התהליך למימן ונוצרים מים מטבוליים- H₂O.

תהליך הנשימה התאית מעביר אנרגיה כימית (גלוקוז) לאנרגיה זמינה (ATP).

המים מתקבלים כתוצאה מהמטבוליזם. הם מקור מים מחשוב באורגניזמים החיים במדבר המשתמשים בהם פעם שנייה. המים הללו הם תוצר של הנשימה התאית. בע"ח הנמצא במדבר מרוויח למעשה את המים הללו כי גופו מנצל אותם טוב יותר.

ישנם בע"ח המפיקים ATP ללא חמצן כגון שמרים וחיידקים. אלו אורגניזמים אנארוביים, כלומר חיים ללא חמצן. הATP מיוצר בתהליכים ביוכימיים ללא חמצן. דוגמא לתהליך כזה היא תהליך התסיסה בו מס' מול' הATP קטן מהמול' הנוצרות בנשימה תאית (2 בהשוואה ל36). לכן, תהליכים כאלה פחות יעילים מתהליכים אארובים. בגוף האדם תאי השריר עושים נשימה אנאירובית ויוצרים את חומצת החלב. הם עושים את הנשימה הזאת כיוון שהגוף צריך אנרגיה זמינה במהלך פעילות גופנית ולכשנגמר החמצן מופעלים השרירים.

מקור החמצן

החמצן מצוי באטמוספרה, לשם הוא מגיע מתהליך הפוטוסינתזה, ההפוך לנשימה התאית:

הפוטוסינתזה היא התהליך ההפוך לנשימה התאית. לכן הצמחים הם המקור לחמצן. הפוטוסינתזה מתבצעת באור ולא בחושך, הצמח זקוק לאור ול- CO₂.

כיצד מגיע החמצן לתאים

באורגניזמים חד תאיים החמצן חודר בדיפוזיה דרך קרום התא.

בצמחים החמצן מגיע בדיפוזיה מהאוויר בחללים הבין תאיים שבצמח.

באורגניזמים רב תאיים קיימת מע' נשימה המעבירה את החמצן עד למגע בינה למע' הדם משם יש דיפוזיה. החמצן דרוש לנשימה התאית המתרחשת בתא במיטוכונדריה

הסתגלות לאטמוספרה דלת חמצן

קשירת החמצן להמוגלובין תלויה בלחצו החלקי של החמצן. ככל שלחצו החלקי גדול יותר כך יותר חמצן ייקשר להמוגלובין עד למצב בו כל ההמוגלובין רווי בחמצן. הלחץ החלקי של החמצן תלוי בשני גורמים: הריכוז והלחץ האטמוספרי. כאשר ריכוז החמצן גדל כך גם גדל לחצו החלקי. אך במקומות גבוהים בהם ריכוז החמצן נמוך, קטן לחצו החלקי ולכן במקומות אלה הלחץ האטמוספרי נמוך מזה שבפני הים. הלחץ הנמוך גורם לכך שפחות חמצן יכול להקשר לתאים. ההסתגלות מתבטאת בייצור מוגבר של תאי דם אדומים.

חמצן בסביבת חיים מימית

גומרים המשפיעים על תכולת החמצן במים:

החמצן מהווה 20% מנפח האטמוספרה. רק לעתים רחוקות נתקלים אורגניזמים החיים ביבשה במצב של חוסר בחמצן. במקורות מים החמצן נפוץ פחות עקב מסיסותו הנמוכה במים. ריכוז החמצן במים קטן פי 30 מריכוזו באוויר. בכל ליטר של מים נמסים 6 מיליליטר חמצן. החמצן מגיע למים מהאוויר ע"י המסה ומתוצאה של תהליך הפוטוסינתזה.

השינויים בתכולת החמצן בשלולית שיש בה אצות בשעות שונות של היום:

החמצן מגיע למים מהאוויר וכן כתוצר של פוטוסינתזה. כשהשמש מתחילה לזרוח מתחיל תהליך הפוטוסינתזה ובהמשך שעות היום מצטברת כמות החמצן. עם שקיעת השמש נפסק התהליך ויש פחות חמצן במים. ריכוז החמצן במים מגיע לשיאו בצהרי היום. בערב יורדת כמות החמצן כי אין פוטוסינתזה ועדיין יש צריכה של חמצן מבלי שמייצרים אותו.

מסיסות החמצן במים מושפעת מטמפ' המים. ככל שהטמפ' נמוכה יותר, מסיסות החמצן במים גבוהה יותר, כלומר יותר חמצן נתפס בין המול'. משמעות הדבר היא שריכוז החמצן במים יותר גדול. לכן, ככל שהטמפ' עולה- יכולת המסיסות יורדת.

ריכוז החמצן בכנרת בעומקים שונים בחודשי השנה מראה כי בעונות הקרות ריכוזו במים גבוה יותר ובקיץ, כשהטמפ' גבוהות יותר, החמצן מתאדה ובורח.

גורמים נוספים המשפיעים על תכולת החמצן במים

ערבול- ערבול המים מגביר את המסת החמצן שבאוויר ושכבות המים נחשפות כל פעם מחדש.

זרימה- מים הזורמים במהירות מכילים יותר חמצן ממים הזורמים לאט.

כדי לברר את כמות החמצן בסביבה מימית צריך להתחשב בכמה פקטורים ולא רק בטמפ'. כלומר, יש להתחשב גם בפוטוסינתזה המספקת חמצן התלויה בחום ובאור השמש.