ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Абиотические факторы среды

Свет. Фотопериодизм. Биологические часы

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Факторы внешней среды, действующие на организм, делятся на две группы:

1)        абиотические, куда входят факторы неживой природы,— свет, температура, влажность, геомагнитное поле Земли, гравитация, состав водной, воздушной, почвенной среды;

2)        биотические, связанные с влиянием со стороны других живых организмов.

В последнее время выделяют еще группу антропогенных факторов, к которым относятся разнообразные проявления деятельности человека.

Абиотические факторы среды

Свет

Излучение Солнца выполняет по отношению к живой природе двоякую функцию. Во-первых, это источник тепла, от количества которого зависит актив ность жизни на данной территории; во-вторых, свет служит сигналом, определяющим активность процессов жизнедеятельности, а также ориентиром при передвижении в пространстве.

Для животных и растительных организмов большое значение имеют длина волны воспринимаемого излучения его интенсивность и продолжительность воздействия (длина светового периода суток, или фотопериод). Видимый, или белый свет, составляют около 45 % общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Ультрафиолетовые лучи составляют около 10 % всей лучистой энергии. Невидимые для человека, они воспринимаются органами зрения насекомых и служат им для ориентации на местности в пасмурную погоду. Лучи ультрафиолетовой части спектра необходимы и для нормальной жизнедеятельности человека. Под их воздействием в организме образуется витамин D.

Наибольшее значение для организмов имеет видимый свет с длиной волны от 0,4 до 0,75 мкм. Энергия видимого света используется для процессов фотосинтеза в клетках растений. При этом листьями особенно сильно поглощаются оранжево-красные (0,66- 0,68 мкм) и сине-фиолетовые (0,4—0,5 мкм) лучи. На биосинтез расходуется от 0,1 до 1 % приходящей солнечной энергии, иногда коэффициент полезного действия фотосин- тезирующей растительности достигает нескольких процентов.

Разнообразие световых условий, при которых живут растения, очень велико. В разных местообитаниях неодинаковы интенсивность солнечной радиации, ее спектральный состав, продолжительность освещения и т. д. У растений интенсивность фотосинтеза возрастает с уве личением освещенности до известного предела, называемого уровнем светового насыщения или экологического оптимума. Дальнейшее усиление светового потока не сопровождается увеличением фотосинтеза, а затем приводит к его угнетению

По отношению к свету различают три группы растений: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Светолюбивые обитают на открытых местах в условиях полного солнечного освещения (степные и луговые травы, культурные растения открытого грунта и многие другие). Но и у светолюбивых растений увеличение освещенности сверх оптимальной подавляет фотосинтез. Тенелюбивые оастения имеют экологический оптимум в области слабой освещенности и не выносят сильного света. Это виды, обитающие в нижних, затененных ярусах растительных сообществ — ельников, дубрав и т. п. Теневыносливые растения хорошо растут при полной освещенности, но адаптируются и к слабому свету

В регуляции активности живых организмов и их развитии большое значение имеет продолжительность освещения (фотопериод). Смену дня и ночи, а также изменение продолжительности светового периода суток организмы используют как сигналы для распределения своих функций во времени и для программирования своих жизненных циклов таким образом., чтобы использовать самые благоприятные условия.

 Например, наступление активности в разное время суток у ночных и дневных хищников ослабляет конкуренцию за добычу В умеренных зонах выше и ниже экватора цикл развития животных и растений приурочен к определенным сезонам года. Подготовка к зиме осуществляется не на основе изменения температурных условий, которые весьма изменчивы, а вследствие сокращения длины дня, которая в отличие от других сезонных характеристик всегда одинакова в определенное время года в данном месте. Изменения фотопериода служат пусковым сигналом, включающим физиологические процессы.

 Весной, с удлинением светового периода, начинается рост и цветение у растений, размножение у птиц и млекопитающих. Укорочение светового периода осенью служит сигналом растениям для сбрасывания листьев, животным — для накопления жира и миграции, подготовки к зимней спячке. Изменения длины дня воспринимаются органами зрения у животных и специальными пигментами у растений.

Возбуждение рецепторов вызывает ряд послеловательных биохимических реакций, активацию ферментов или выделение гормонов и, наконец, физиологическую или поведенческую реакцию Реакция организмов на сезонные изменения длины дня носит название фотопериодизма.

Способность организмов воспринимать время, наличие у них «биологических часов»— важное физиологическое приспособление, повышающее шансы на выживание в данных условиях среды. Там, где нет выраженных сезонных изменений климата, большинство видов не обладает фотопериодизмом. Например, у многих тропических деревьев цветение и плодоношение растянуто во времени, и на дереве одновременно встречаются и цветки, и плоды.

В умеренном климате виды, успевающие быстро завершить свой жизненный цикл и не встречающиеся в активном состоянии в неблагоприятные сезоны года (эфемеры), также не проявляют фотопериодических реакций. Фотопериодизм может быть не только прямым, но и опосредованным. Так, у капустной корневой мухи зимняя диапауза (состояние покоя) развивается вследствие изменений качества пищи, возникающих в связи с подготовкой растения к холодам.

Инфракрасное излучение составляет примерно 45 % от общего количества солнечной энергии, притекающей к Земле. Инфракрасные лучи поглощаются тканями ра стений и животных, объектами неживой природы в том числе водой. Любая поверхность, имеющая температуру выше нуля, испускает длинноволновые инфракрасные (тепловые) лучи. Поэтому растения и животные получают тепловую энергию не только от Солнца, но и от предметов окружающей среды.