Chuyển hóa và khí quyển sớm
Chuyển hóa – tỷ lệ mà nguồn năng lượng và vật chất được đưa ra từ môi trường, biến đổi trong cơ thể, và được phân bổ cho sự duy trì, tăng trưởng và sinh sản – là một đặc điểm sinh lý cơ bản.
Ernest và cộng sự
Trái đất được hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước . Khi nó được làm mát và một lớp vỏ và đại dương hình thành, bầu khí quyển của nó biến đổi từ sự thống trị của hydro thành một phần gồm có mêtan và amoniac. Trong hơn một tỷ năm tới, hoạt động trao đổi chất của cuộc sống chuyển đổi bầu khí quyển thành hỗn hợp carbon dioxide, ni tơ và hơi nước. Những khí này đã làm thay đổi cách ánh sáng từ mặt trời chạm tới bề mặt trái đất và các hiệu ứng nhà kính bị giữ nhiệt. Có các nguồn năng lượng tự do chưa được khai thác trong hỗn hợp của việc giảm và oxy hóa các khí làm cho giai đoạn các hệ sinh thái sơ khai tiến hóa, và ngược lại, khí quyển cũng phát triển.
Lá là nơi quang hợp của hầu hết các loài thực vật.
Trong suốt lịch sử, bầu khí quyển Trái đất và các chu trình sinh học đã có sự cân bằng năng động với các hệ sinh thái hành tinh. Lịch sử được đặc trưng bởi những giai đoạn chuyển đổi quan trọng theo sau hàng triệu năm ổn định . Sự tiến hóa của các sinh vật sớm nhất, có thể là vi khuẩn methanogen, bắt đầu quá trình này bằng cách biến hiđrô khí quyển thành mê-tan (4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O). Sự quang hợp không oxy hóa làm giảm nồng độ hydro và tăng mêtan trong khí quyển, bằng cách chuyển đổi hydrogen sulfide thành nước hoặc các hợp chất lưu huỳnh khác (ví dụ 2H2S + CO2 + hv → CH2O + H2O + 2S). Các hình thức lên men sớm cũng làm tăng lượng mêtan trong khí quyển. Quá trình chuyển đổi thành khí quyển oxy oxy hóa (Great Oxidation) đã không bắt đầu cho đến khi khoảng 2,4-2,3 tỷ năm trước, nhưng các quá trình quang hợp bắt đầu từ 0,3 đến 1 tỷ năm trước
Bức xạ: nhiệt, nhiệt độ và ánh sáng
Sinh học của cuộc sống hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Nhiệt là một dạng năng lượng điều chỉnh nhiệt độ. Nhiệt ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, hoạt động, hành vi và sản xuất ban đầu. Nhiệt độ chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ bức xạ mặt trời. Sự thay đổi không gian về vĩ độ và chiều dọc của nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu và do đó sự phân bố đa dạng sinh học và mức độ sản xuất chính ở các hệ sinh thái hoặc các hệ sinh thái khác nhau trên khắp hành tinh. Nhiệt và nhiệt độ liên quan đến hoạt động trao đổi chất. Ví dụ, chất làm đặc, có nhiệt độ cơ thể được điều chỉnh chủ yếu và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường bên ngoài. Ngược lại, homeotherms điều chỉnh nhiệt độ cơ thể của họ bằng cách sử dụng năng lượng trao đổi chất.
Có một mối quan hệ giữa ánh sáng, sản xuất sơ cấp, và ngân sách năng lượng sinh thái. Ánh sáng mặt trời là đầu vào chính của năng lượng vào hệ sinh thái của hành tinh. Ánh sáng bao gồm năng lượng điện từ có bước sóng khác nhau. Năng lượng bức xạ từ mặt trời tạo ra nhiệt, cung cấp các photon ánh sáng được đo như năng lượng hoạt động trong các phản ứng hóa học của sự sống, và cũng hoạt động như một chất xúc tác cho sự biến đổi di truyền. Thực vật, tảo, và một số vi khuẩn hấp thụ ánh sáng và hấp thu năng lượng thông qua quang hợp. Các sinh vật có khả năng hấp thu năng lượng bằng quang hợp hoặc thông qua việc vô định định H2S là các tế bào tự miễn. Autotrophs – chịu trách nhiệm về sản xuất sơ cấp – đồng hóa năng lượng ánh sáng sẽ trở thành chất chuyển hóa được lưu trữ dưới dạng năng lượng tiềm năng dưới dạng các liên kết enthalpic sinh hóa
Môi trường vật lý
Nước
Bài chi tiết: Hệ sinh thái thủy sinh
Điều kiện đầm lầy như nước cạn, năng suất cây cao và chất nền k an khí cung cấp môi trường thích hợp cho các quá trình vật lý, sinh học và hóa học quan trọng. Do những quá trình này, đất ngập nước đóng một vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng và nguyên tố toàn cầu.
Cronk & Fennessy (2001)
Sự khuyếch tán CO2 và oxy chậm hơn khoảng 10.000 lần so với trong không khí. Khi đất bị ngập, chúng nhanh chóng mất oxy, trở nên thiếu oxy (một môi trường có nồng độ o2 dưới 2 mg / lít) và cuối cùng hoàn toàn vô hiệu khi vi khuẩn k an khí phát triển mạnh trong rễ. Nước cũng ảnh hưởng đến cường độ và thành phần quang phổ của ánh sáng khi nó phản chiếu ra mặt nước và các hạt chìm Thực vật thủy sinh có rất nhiều sự thay đổi hình thái và sinh lý cho phép chúng tồn tại, cạnh tranh và đa dạng trong các môi trường này. Ví dụ, củ và thân của chúng chứa không khí rộng rãi (aerenchyma) điều chỉnh việc vận chuyển khí hiệu quả (ví dụ CO2 và O2) dùng trong hô hấp và quang hợp. Các nhà máy nước muối (halophytes) có thêm sự thích nghi đặc biệt, chẳng hạn như sự phát triển của các cơ quan đặc biệt để đổ muối và tích tụ nồng độ muối trong (NaCl), sống trong môi trường sông, lợ và đại dương. Các vi sinh vật đất k Ana khí trong môi trường thủy sinh sử dụng nitrat, các ion mangan, các ion sắt, sulfat, cacbon đioxit, và một số hợp chất hữu cơ; các vi sinh vật khác là các loài k an khí tùy ý và sử dụng oxy trong quá trình hô hấp khi đất khô. Hoạt động của các vi sinh vật đất và tính chất hóa học của nước làm giảm khả năng ôxi hóa-giảm tiềm năng của nước. Ví dụ như điôxit cacbon sẽ bị giảm đi do mêtan (CH4) bởi vi khuẩn gây bệnh. Sinh lý học của cá cũng được điều chỉnh đặc biệt để bù đắp cho mức độ muối môi trường thông qua việc bù nước. Các mang của chúng tạo thành các gradient điện hóa làm trung gian bài tiết muối trong nước muối và hấp thu trong nước ngọt.
Gravity
Hình dạng và năng lượng của đất bị ảnh hưởng đáng kể bởi lực hấp dẫn. Trên quy mô lớn, việc phân bố lực hấp dẫn trên trái đất không đồng đều và ảnh hưởng đến hình dạng và sự di chuyển của các lớp kiến tạo cũng như ảnh hưởng đến các quá trình địa mạo như khơi và xói mòn. Những lực lượng này chi phối nhiều tính chất địa lý và sự phân bố các sinh vật sinh thái trên Trái đất. Về quy mô cơ thể, lực hấp dẫn cung cấp tín hiệu hướng cho sự phát triển của thực vật và nấm (thuyết trọng lực), định hướng định hướng di chuyển động vật, và ảnh hưởng đến cơ sinh học và kích thước của động vật . Các đặc tính sinh thái, chẳng hạn như phân bổ sinh khối trên cây trong quá trình tăng trưởng, bị cơ học thất bại do lực hấp dẫn ảnh hưởng đến vị trí và cấu trúc của cành và lá . Các hệ thống tim mạch của động vật được điều chỉnh theo chức năng để vượt qua áp lực và lực trọng lực thay đổi theo đặc điểm của sinh vật (ví dụ chiều cao, kích thước, hình dạng), hành vi của chúng (ví dụ như lặn, chạy, bay) và môi trường sống bị chiếm (ví dụ: , nước, sa mạc nóng, nước lạnh)