5. Действие абиотических факторов на организм

Свет в жизни организмов

Свет – это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединений из неорганических растениями Земли. В фотосинтезе участвует лишь часть спектра от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР).

Среди солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, на видимый свет приходится около 50% энергии, остальные 50% составляют тепловые инфракрасные и около 1% ультрафиолетовые лучи. Ультрафиолетовые лучи способствуют образованию витамина D в животных организмах, а также образованию защитного пигмента. Эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, способствуют синтезу высоко активных биологических соединений, повышая в растениях содержание витаминов, антибиотиков. Инфракрасные лучи воспринимаются всеми организмами, например, воздействуя на тепловые центры нервной системы животных организмов.

Свет – это не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как на минимальном, так и на максимальном уровне.

С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных и пр.

Каждое местообитание характеризуется определенным световым режимом, соотношением интенсивности (силы) количества и качества света.

Количество света – суммарная радиация, увеличивается по мере продвижения от полюсов к экватору.

Для определения светового режима необходимо учитывать и количество отражаемого света – альбедо. Оно зависит от угла падения лучей и свойств отражаемой поверхности. Например, свет отражает 85% солнечной энергии, альбедо зеленых листьев клена – 10 %, осенних пожелтевших – 28%.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Светолюбивые виды (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью. Они образуют невысокий и разреженный растительный покров, чтобы не затенять друг друга.

Теневые растения (сциофиты) живут под пологом леса. Это, главным образом, лесные травы.

Теневыносливые растения (факультативные гелиоциты) живут при хорошей освещенности, но легко переносят незначительное затенение. Это – большинство растений лесов.

Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптации организмов. Одним из самых надежных сигналов, регулирующих активность организмов во времени, является длина дня – фотопериод. Фотопериодизм – это реакция организма на сезонные изменения длины дня. Длина дня в данном месте, в данное время года всегда одинакова, что позволяет растению и животному определиться на данной широте со временем года, т.е. временем начала цветения, созревания и т.д. Развитие живой природы по сезонам года происходит в соответствии с биоклиматическим законом, который носит имя Хопкинса: сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря.

Фототропизм – это освещение, вызывающее у растений ростовые движения, которые проявляются в том, что из-за неравномерного роста стебля или корня происходит искривление.

Животным свойственна способность к ориентации. Например, птицам, пчелам. Ориентиром служит положение Солнца.

Биолюминесценция. Определенное сигнальное значение в жизни животных имеет биолюминесценция, или способность животных светиться (для привлечения особей противоположного пола, отпугивания хищников, приманивания добычи и т.д.) (рыбы, головоногие, жуки, светлячки и др.).

Температура в жизни организмов

Температура – важнейший из лимитирующих факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная летальные температуры

Все живые существа способны жить при температуре между 0С и 50С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток. Однако существуют организмы, обладающие способностью активного существования за пределами этого диапазона. В «оптимальном интервале» организмы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и численность популяции растет. К крайним участкам температурного предела жизни организмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем похолодании в пределах «нижней границы стойкости» или увеличении жары «верхней границы стойкости», организмы попадают в «зону смерти» и погибают. Этим примером показан общий закон биологической стойкости (по Ламотту), применимый к любому из важных лимитирующих факторов.

По отношению к температуре все организмы подразделяются на 2 группы: холодолюбивые и теплолюбивые.

Холодолюбивые (криофилы) способны жить в условиях относительно низких температур. При температуре –8С живут бактерии, грибы, моллюски, черви, членистоногие и др. Из растений: древесные в Якутии выдерживают температуру –70С. В Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, отдельные виды водорослей, пингвины. В лабораторных условиях семена, споры некоторых растений, нематоды переносят температуру абсолютного нуля –273,16С. Приостановка всех жизненных процессов называется анабиозом.

Теплолюбивые организмы (термофилы) – обитатели жарких районов Земли. Это – беспозвоночные (насекомые, паукообразные, моллюски, черви), растения. Многие виды организмов способны переносить очень высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, жуки, бабочки выдерживают температуру до +45-50С. На Камчатке живут сине-зеленые водоросли при температуре +75-80С, верблюжья колючка переносит температуру +70С.

Диапазон температур ограничен верхней летальной и нижней летальной температурами. Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности и роста, называется оптимальной.

Эвритермные организмы выдерживают широкие колебания температур, стенотермные – живут в узких пределах.

Беспозвоночные, рыбы, пресмыкающиеся, земноводные лишены способности поддерживать постоянную температуру тела в узких границах. Их называют пойкилотермными. Они зависят от тепла, поступающего извне. Иначе их называют холоднокровными.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры. Это – гомойотермные, или теплокровные организмы. Они не зависят от внешних источников тепла. Благодаря высокой интенсивности обмена веществ у них вырабатывается достаточное количество тепла, которое может сохраняться.

Некоторые организмы способны менять температуру своего тела в определенных пределах. Эта способность называется терморегуляцией. Поддерживать температуру тела на постоянном уровне животным помогает испарение жидкости с поверхности тела при высоких температурах окружающей среды. У человека – это потоотделение, у собак и птиц – учащенное дыхание. У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Они проявляются в перелетах, миграциях, изменении сроков активности. В пустыне при температуре +60-70С на раскаленном песке нет животных. Они зарываются в песок или прячутся в норы. Выбор жилища, утепление убежищ, гнезд, собирание в группы и т.д. – примеры поведенческих адаптаций животных.

Приспособления к воздействию неблагоприятных температур подразделяют на 3 вида: активный, пассивный пути и избегание неблагоприятных температурных воздействий. Активный путь: усиление сопротивляемости организма. Пассивный – подчинение жизненных функций организма ходу внешних температур (например, спячка). Третий путь, избегание неблагоприятных температурных воздействий – общий способ для всех организмов.

Таким образом, температура, являясь важнейшим лимитирующим фактором, оказывает заметное влияние на адаптационные процессы в организме и популяциях наземно-воздушной среды.

Вода в жизни организмов

Вода – важный экологический фактор. Все биохимические реакции протекают в присутствии воды. Количество воды может меняться, но исчезать полностью не может. Даже в лишайниках и семенах злаков содержится до 7 % воды.

Влажность – параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе.

По отношению к влаге различают эвригигробионтные и стеногигробионтные организмы. Эвригигробионтные приспособились жить при различных колебаниях влажности.

По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на 3 типа: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные (предпочитающие умеренную влажность). Гигрофилы: кислица обыкновенная, лютик ползучий, комары, стрекозы, ужи и др. Ксерофилы: жуки-чернотелки, верблюды, вараны и др.

По способу регулирования водного режима наземные растения подразделяются на 2 группы: пойкилогидридные и гомеогидридные. Первые не способны активно регулировать свой водный режим (грибы, водоросли, некоторые мхи). Вторые способны регулировать потерю воды.

Всего около 0,5% воды расходуется на фотосинтез и всасывается клетками, а 97-99% ее уходит на транспирацию – испарение через листья. Основная форма адаптации – не снижение транспирации, а прекращение роста в период засухи.

В зависимости от местообитания различают следующие группы наземных растений: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

Гигрофиты обитают во влажных местах, под пологом леса (папоротники) или на открытых пространствах суши, чересчур переувлажненных (осока, росянка), не обладают засухоустойчивостью. У них крупные тонкие листья.

Мезофиты характеризуются большими, мягкими, плоскими листьями: луговые травы, лесные растения (ландыш и др.), лиственные деревья (береза, осина, клен, липа), полевые (рожь, картофель), плодово-ягодные (яблоня, смородина, вишня), сорняки.

Переходная группа – ксеромезофиты – растения северных степей, сухих сосновых боров.

Ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги, почвенную и атмосферную засуху. Это – растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков.

Ксерофиты, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях называются суккулентами (алоэ, кактусы); а те, которые обладают большой всасывающей силой корней и способны снижать транспирацию с узкими мелкими листьями – склерофитами.

Экологические индикаторы. Организмы, по которым можно определить тот или иной тип физической среды, где они росли и развивались являются индикаторами среды. По организмам-индикаторам можно судить, например, о загрязнении среды: исчезновение лишайников на стволах деревьев свидетельствует об увеличении содержания сернистого газа в воздухе, качественный и количественный составы фитопланктона свидетельствует о степени загрязнения водной среды и т.д.

Список учебной литературы:

Основная литература:

1. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология Ростов-на-Дону: «Феникс». - 2003. – 576 с.

2. Степановских А.С. Общая экология. М., ЮНИТИ, 2001

3. Воронков Н.А. Экология общая, прикладная, социальная. М., “Агар”, 2000

4. Бродский А.К. Общая экология.С.-Петербург,1996

5. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. М.,Просв.,1981

6. Щукин И. Экология для студентов вузов. – Р.-на.-Д.: «Феникс», – 2004. – 224с.

Дополнительная литература:

1. Красилов В.А. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М., 1992.

2. Петров К.М. Общая экология. С-П. Учебное пособие. «Химия», 1997.

3. Фурсов В.И. Экологическое образование и воспитание студентов высших учебных заведений. Алма-Ата, 1992.

4. Чигаркин А.В. Геоэкология Казахстана. Алматы, Санат. 1995.

5. Гиренок Ф.И. Экология. Цивилизация. Ноосфера. М., 1987.

6. Маркович Д. Социальная экология. Москва, 1998.

7. История взаимодействия общества и природы: факты и концепции. М., АН ССР.1990