2.2.3 Основные абиотические факторы

Свет. Свет в форме солнечной радиации обеспечивает все жизненные процессы на Земле. Большая часть поступающей энергии рассеивается. 19 % поглощается облаками и водяными парами, 34 % отражается обратно в космос. Только 47 % достигает земной поверхности.

В спектре солнечного света выделяют три области, различающиеся по биологическому действию:

• ультрафиолетовые лучи (10 – 380 нм) в небольших количествах необходимы для синтеза витамина D, в больших количествах губительны, поскольку способны разрушать ДНК и вызывать мутации. Значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем.

• Инфракрасные лучи (длина волны более 740 нм) являются основным источником тепловой энергии.

• Видимые лучи (380 – 740 нм) являются основным источником жизни, они дают энергию для фотосинтеза. Энергия видимого света составляет около 45% общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Видимый свет менее всего ослабляется при прохождении через плотные облака и воду. Поэтому фотосинтез может идти и при пасмурной погоде, и под слоем воды определенной толщины. Но все же на синтез биомассы расходуется лишь от 0,1 до 1% приходящей солнечной энергии.

Для организмов важны следующие характеристики света: длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия (длина дня, или фотопериод). Особое значение свет имеет для растений (источник фотосинтеза).

По отношению к свету выделяют следующие группы растений: гелиофиты (светолюбивые – растения, обитающие в условиях хорошего освещения (мелкие листья, сильноветвящиеся); сциофиты (тенелюбивые – растения, плохо переносящие прямые солнечные лучи; характеризуются крупными тонкими горизонтальными листьями) и факультативные гелиофиты (теневыносливые – растения, которые могут обитать в любых условиях)

Чрезвычайно важную роль в регуляции активности живых организмов и их развития играет продолжительность воздействия света - фотопериод. В умеренных зонах, выше и ниже экватора, цикл развития растений и животных приурочен к сезонам года и подготовка к изменению температурных условий осуществляется на основе сигнала длины дня, которая в отличие от других сезонных факторов в определенное время года в данном месте всегда одинакова. С этой точки зрения выделяют короткодневные растения (обитатели низких широт) и длиннодневные растения (обитатели умеренных и высоких широт).

Для животных свет – это необходимое условие для ориентации в пространстве. По отношению к свету выделяют животных с дневным, ночным, сумеречным образом жизни.

Кроме сезонных изменений, смена дня и ночи определяет суточный ритм активности как целых организмов, так и физиологических процессов. Способность организмов ощущать время, наличие у них "биологических часов"- важное приспособление, обеспечивающее выживание особи в данных условиях среды, непосредственно связана с реакцией организмов на протяженность светового дня.

Температура. От температуры окружающей среды зависит в разной степени температура всех организмов, а, следовательно, и скорость химических реакций обмена веществ. Большинство видов приспособлено к довольно узкому диапазону температур от 0ºС до +50ºC. Однако, некоторые организмы, особенно в стадии покоя (споры микроорганизмов, семена, сперматозоиды) способны переносить очень низкие температуры (-190ºC – -273°С). Отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре +80°С – +88°С. Верхним передом жизни являются температуры +120°С – +140°С (их способны переносить некоторые бактерии).

Диапазон колебаний температуры в воде значительно меньше, чем на суше, соответственно и пределы выносливости к колебаниям температуры у водных организмов уже,чем у наземных. Однако и для водных и для наземных обитателей оптимальной является температура в пределах 15-30°С.

Организмы могут использовать два источника тепла: внешний (в основном, тепловая энергия Солнца) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ). В зависимости от основного, преобладающего источника тепла, различают организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные (от греч. ποικίλος (poikilos) - различный, переменчивый и θέρμη (therme) - тепло) и организмы с постоянной температурой тела - гомойотермные (от греч. ὅμοιος  (homoios) - подобный и θέρμη  (therme) - тепло). Температура тела пойкилотермных организмов зависит от температуры окружающей среды и обычно приблизительно равна ей. Ее повышение вызывает у них интенсификацию жизненных процессов и, в известных пределах, ускорение развития. Резкие колебания температуры - сильные морозы или зной - также неблагоприятны для пойкилотермных организмов. Гораздо меньше зависят от температурных условий среды животные гомойотермные - птицы и млекопитающие. Особенности физиологии и строения позволяют этим двум классам сохранять активность при очень резких перепадах температур и освоить практически все места обитания.

Существует много приспособлений для борьбы с охлаждением или перегревом. Так, некоторые организмы (растения, некоторые пойкилотермные животные) с наступлением зимы впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ резко снижается, в тканях запасается много жиров и углеводов. Количество воды в клетках уменьшается, накапливаются сахара и глицерин, препятствующие замерзанию. В жаркое время года включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных в этих условиях также усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожные покровы. Кроме того, пойкилотермные животные избегают перегрева путем приспособительного поведения: выбирают местообитания с наиболее благоприятным микроклиматом, в жаркое время дня скрываются в норах или под камнями, проявляют активность в определенное время суток и т. п. Таким образом, температура окружающей среды представляет собой важный и зачастую ограничивающий жизненные проявления фактор.

Вода, как экологический фактор. Вода играет исключительно важную роль в жизнедеятельности клетки и организма в целом. Поддержание количества воды на достаточном уровне составляет одну из основных физиологических функций любого организма. Среднее содержание воды в клетках большинства организмов составляет 70%. Основные функции воды в организме:

1. Вода является универсальным растворителем. Многие биохимические реакции могут протекать только в водной среде.

2. Вода участвует во многих химических реакциях, протекающих в живых клетках, например, в полимеризации, гидролиза, фотосинтеза.

3. Благодаря своим высокой теплоемкости и теплопроводности вода является термостабилизатором и терморегулятором,.

4. Вода выполняет основную транспортную функцию в организме.

5. Вода обеспечивает поддержание постоянной формы клеток.

Роль влажности как экологического фактора для наземных организмов обусловлена тем, что осадки (а соответственно влажность воздуха и почвы) распределяются на земной поверхности в течение года очень неравномерно. Так как большинство наземных животных и растений влаголюбивы, то недостаток влажности часто оказывается причиной, ограничивающей их жизнедеятельность и распространение.

Основным показателем, характеризующим количество воды в среде обитания для наземных организмов, является влажность воздуха - содержание в нем паров воды. Она оказывает значительное влияние на терморегуляцию организмов, в том числе и человека. Высокая относительная влажность воздуха при высокой температуре способствует перегреванию организма. При низкой температуре воздуха повышенная влажность воздуха усиливает теплоотдачу с поверхности кожи и способствует переохлаждению организма.

По отношению к воде живые организмы делят на следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы.

У организмов в процессе эволюции сформировались различные приспособления к добыванию и экономному расходованию влаги, к переживанию засушливого времени года в состоянии покоя и др. Так, многолетние растения пустыни имеют сильно развитые корни, иногда очень длинные (например, у верблюжьей колючки до 16 м), достигающие влажного слоя, или чрезвычайно разветвленные.

Большинство животных пустыни может обходиться без воды; источником влаги для грызунов, пресмыкающихся, насекомых и других мелких животных служит пища. У некоторых животных вода образуется в организме в результате окислительных реакций. Поэтому характерные для многих обитателей пустыни обильные жировые отложения служат своеобразным резервом воды в организме, например горб у верблюда, подкожные отложения жира у грызунов. Защитой от испарения воды у животных служит малая проницаемость наружных покровов тела. Иной тип приспособления к недостатку влаги наблюдается у многих растений и животных, обитающих в условиях периодической сухости. У них возникает состояние покоя, которое характеризуется остановкой роста и развития, резко сниженным обменом. Некоторые грызуны и черепахи с наступлением жаркого и сухого периода в пустыне, когда выгорает растительность, впадают в летнюю спячку.