Вопрос 3

Свет – абиотический фактор. Адаптации животных к световому режиму местообитаний. Свет и биоритмы. Физиологическая регулция сезонных явлений. Биолюминисценция.

Солнечная радиация.

Если принять солнечную энергии, достигающую Земли за 100%, то:

19% ее поглощается атмосферой,

34% отражается обратно в космос,

47% Достигает земной поверхности в виде прямой (24%) и рассеянной радиации (23%).

Прямая солнечная радиация – это континуум электромагнитного излучения с длинами волн от 0,1 до 30000 нм.

На ультрафиолетовую часть спектра (длина волн менее 400 нм) приходится от 1 до 5%, на видимую (400–760 нм) – от 16 до 45%, на инфракрасную (760–4000 нм) – от 49 до 84%. Распределение энергии по спектру существенно зависит от массы атмосферы и меняется при различных высотах Солнца.

Количество рассеянной радиации (отраженные лучи) возрастает с увеличением высоты стояния Солнца и мутности атмосферы.

Действие разных участков спектра солнечного излучения

на живые организмы

Среди УФЛ до поверхности Земли доходят только длинноволновые УФЛ (290–380 нм), а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20–25 км озоновым экраном.

Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие их дозы вредны для организмов, а небольшие необходимы многим видам. В диапазоне 250–300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие и у животных вызывают образование витамина Д; при длине волны 200–400 нм вызывают у человека загар.

Инфракрасные лучи оказывают, главным образом, тепловое действие.

Видимая радиация несет около 50% суммарной энергии.

С областью видимой радиации, воспринимаемой человеческим глазом, почти совпадает физиологическая радиация ФР (300–800 нм), в пределах которой выделяют ФАР – область фотосинтетически активной радиации (370–720 нм).

Область ФР можно разделить на ряд зон: ультрафиолетовую (менее 400 нм), сине-фиолетовую (400–500 нм), желто-зеленую (500–600 нм), оранжево-красную (600–700 нм) и дальнюю красную (более

Адаптивные биологические ритмы и

фотопериодические реакции

Суточные ритмы – характеризуют активность организмов в течение суток (дневная активность – свыше 75% активности приходится на дневное время; ночная активность – 80% активности приходится на ночной период; круглосуточная активность свойственна, в основном, гелиофобным видам).

Циркадные ритмы – наследственно закрепленные эндогенные циклы физиологических процессов с периодом, близким к 24 ч.

Приливно-отливные ритмы. На 24-часовой цикл колебания освещенности и других факторов накладывается еще чередование приливов и отливов.

В течение лунных суток (24 ч 50 мин) наблюдаются 2 прилива и 2 отлива, фазы которых смещаются ежедневно примерно на 50 мин.

Сила приливов, кроме того, закономерно меняется в течение лунного месяца (29,5 солнечных суток).

Дважды в месяц (новолуние и полнолуние) они достигают максимальной величины (сизигийные приливы).

Сезонные ритмы – сезонные эндогенные ритмы.

Характеризуются глубокими сдвигами в физиологии и поведении организмов, затрагивающими их морфологию, особенности жизненного цикла и др.

Цирканные ритмы – наследственно закрепленные годовые эндогенные ритмы

Фототропизм – ориентация животных относительно солнечного света, позволяющее принять соответствующее положение.

Фототаксис – изменение направления движения в зависимости от положения, интенсивности источника света, состава светового потока.

Компасовые реакции – движение под определенным углом к падающим лучам света.

Биологические часы и концепция хронона. Способность организмов чувствовать время обусловлена связью механизмов суточной физиологической периодики со структурой генетического аппарата.

Материальным носителем отсчета времени служит ДНК, нити которой расходятся, и на них строится иРНК, достигающая полной длины одиночной нити ДНК примерно за 24 ч.

Правило Ашоффа – увеличение интенсивности непрерывного освещения вызывает у ночных видов уменьшение общей активности, некоторое удлинение цикла и укорочение его активной части; при уменьшении освещенности наблюдаются сдвиги противоположного характера.

Дневные животные демонстрируют обратные реакции.

Критическая длина дня – длина светового периода суток, обеспечивающая переход в очередную фазу развития.

Биоклиматический закон Хопкинса. Сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) различаются в среднем на 4 дня на каждый градус широты, на каждые 5 градусов долготы и на 120 м высоты над уровнем моря, т.е. чем севернее, восточнее и выше местность, тем позже наступление весны и раньше – осени.

Кроме того, фенодаты зависят от местных условий.

На территории Европы сроки наступления сезонных событий изменяются на каждый градус широты не на 4, а на 3 дня.

Соединяя на карте точки с одинаковыми фенодатами, получают изолинии, отражающие фронт продвижения весны и наступления очередных сезонных явлений.

Биолюминесценция

Биологическое свечение – способность организмов к свечению в результате внутренних химических реакций.

Во всех случаях это окисление сложных органических соединений (люциферинов) с помощью белковых катализаторов (люцифераз), причем только 1% энергии, затраченной на выработку света, теряется в виде тепла.

Большинство светящихся животных вырабатывают свет в специальных органах – фотофорах, – которые состоят из массы клеток, способных генерировать излучение.

Этим свойством обладают бактерии, некоторые простейшие – саркодовые, динофлагелляты (более 60 видов), кишечнополостные – медузы, гидроиды, морские перья (более 100 видов), нестрекающие гребневики, многощетинковые черви (около 50 видов), двустворчатые и головоногие моллюски (около 200 видов), ракушковые рачки, креветки, веслоногие (свыше 150 видов), офиуры, хрящевые (Isistius) и костные рыбы (сребробрюшковые, стройница, рогатые удильщики, рыба-мичман, циклотоны, неоскопелюсы).

Биологическое разнообразие свечения связано с поведенческими функциями организмов: для ориентации в стае, привлечения особей другого пола, подманивания жертв, для защиты, маскировки или отвлечения.

Излучение света может быть внеклеточным и внутриклеточным. При этом большинство морских организмов генерируют световые сигналы собственными люциферин-люциферазными системами.

Но отдельные виды кальмаров и рыб вместо этого культивируют в своих органах светящиеся симбиотические бактерии.

Способность организмов излучать свет определяется не столько их филогенетическим происхождением или сложностью организации, а экологическими условиями, в которых возник и существует данный вид.

Численность, распространение, распределение по глубине моря и условия, вызывающие излучение света различными видами светящихся организмов, различны.

Неодинаковы и характеристики их свечения – интенсивность, длительность, спектральный состав, а также вклад в свечение моря.