8. Свет как экологический фактор. Роль света в образовании климата. Продолжительность, интенсивность, характер освещенности. Экологические группы организмов по отношению к свету.

Свет – электромагнитное излучение с длиной волны от 0,29 до 50 мкм. Человеческий глаз улавливает только излучение с длиной волны 0,40-0,75 мкм.

Свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности и температуры среды, является важным сигнальным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биоциклы.

На видимые лучи (видимый свет) приходится примерно половина всей поступающей на Землю лучистой энергии (400–760 нм). Остальные 50% составляют невидимые инфракрасные лучи (760–5000 нм), около 1% (до 9%) ультрафиолетовые (100 до 400 нм).

Проникающая радиация может вызывать необратимые изменения в клетках, привести к нарушению обмена веществ; ультрафиолетовые лучи с длиной волны

0,25-0,30 мкм стимулирует у животных образование витамина D,

0,20-0,30 мкм губительно действует на микроорганизмы,

0,38-0,40 мкм обладают высокой фотосинтетической активностью. Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами как тепло.

Существуют виды, которые в течение нескольких поколений могут безболезненно развиваться в полной темноте – многие грибы и бактерии.

Пасмурная погода в течение 3 дней снижает активность мозга у человека, а в течение недели – общую активность нервной системы. Количество заболевших депрессией в пасмурную погоду увеличивается в 4 раза.

Но свет совершенно необходим живой природе, поскольку служит для нее единственным источником энергии. На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется важнейший в биосфере процесс фотосинтеза. Растения запасают 0,2% ФАР(область фотосинтетически активной радиации (380–710 нм). Область ФР можно условно 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 700 нм).

Некоторая часть лучей пропускается через листья, другая отражается. Скорость фотосинтеза зависит от вида растения, интенсивности света, температуры, концентрации CO₂, в воздухе и т.д. В результате эта скорость в у различных видов растений и в различных регионах неодинакова.

Например, в условиях Беларуси у большинства с/х растений скорость фотосинтеза составляет около 20 мг CO₂ на 1 дм² листовой поверхности в час, у кукурузы – 80, у болотных растений 20-40, у листопадных деревьев и кустарников – 10-20, у вечнозеленых хвойных деревьев – 4-15, у мхов около 3, у высших водных растений 4-6 мг CO₂ на 1 дм²/ч.

Причем, наибольшее значение имеют красные (720-600 нм) и оранжевые лучи (620-595 нм). Именно они являются основными поставщиками энергии для фотосинтеза и влияют на процессы, связанные с изменением скорости развития растения (избыток красной и оранжевой составляющей спектра задерживает переход растения к цветению).

Синие и фиолетовые (490-380 нм) лучи, кроме непосредственного участия в фотосинтезе, стимулируют образование белков и регулируют скорость развития растения. У растений, живущих в природе в условиях короткого дня, эти лучи ускоряют наступление периода цветения.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 315-380 нм задерживают «вытягивание» растений и стимулируют синтез некоторых витаминов, а лучи с длиной волны 280-315 нм повышают холодостойкость.

Инфракрасные лучи с длиной волны свыше 1,05 мкм принимают участие в теплообмене растений.

Лишь желтые (595-565 нм) и зеленые (565-490 нм) не играют особой роли в жизни растений.

Как и все живые организмы, растения обладают способностью адаптироваться к изменяющимся условиям. В результате адаптации растения к пониженной освещенности меняется его облик – листья становятся темно-зелеными и немного увеличиваются в размерах (линейные листья удлиняются и становятся уже), начинается вытягивание междоузлий стебля, который при этом теряет свою прочность. Затем их рост постепенно уменьшается, т.к. резко снижается производство продуктов фотосинтеза, идущих на посторенние тела растения. При недостатке света многие растения перестают цвести. При избытке света хлорофилл частично разрушается, и цвет листьев становится желто-зеленым. На сильном свету рост растений замедляется, они получаются более приземистыми с короткими междоузлиями и широкими короткими листьями.

Проникающий в воду свет обеспечивает жизнь водорослям на глубине до 150 м.

Каждое местообитание характеризуется определенным световым режимом. Он устанавливается соотношением интенсивности (силы), количества и качества света. Показатели светового режима очень изменчивы и зависят от географического положения и рельефа местности, от высоты над уровнем моря, типа растительности, состояния атмосферы, времени года и суток и других факторов.

Интенсивность, или сила, света измеряется в люксах (количеством джоулей, приходящихся на 1 см² горизонтальной поверхности в минуту). Для прямых солнечных лучей этот показатель почти не изменяется в зависимости от географической широты. Наиболее существенно на него влияют особенности рельефа: на южных склонах интенсивность света всегда больше, чем на северных. Солнечный свет днём – от 32.000 до 100.000 люкс.

Количество света, определяемое суммарной радиацией, от полюсов к экватору увеличивается. Это сопровождается изменениями его качества.

Для определения светового режима необходимо учитывать и количество отражаемого света, так называемое альбедо. Оно выражается в процентах от общей радиации и зависит от угла падения лучей и свойств отражающей поверхности. Например, снег отражает 85% солнечной энергии, альбедо зеленых листьев клена составляет 10%, а осенних пожелтевших – 28%.

Одно полное движение Земли вокруг своей воображаемой оси составляет 24 часа. Во время вращения Земли каждый ее участок поверхности проходит через солнечные лучи (день), а затем – через темное пространство – ночь. Длина светового дня меняется в течение года. В умеренных широтах самый короткий день равен 8 ч., а самый длинный – более 16 ч. Вращение Земли вокруг своей оси обуславливает выработку у организмов режима суточной активности.

Экологическая группа	Характеристика	Примеры
Гелиофиты (светолюбивые)	имеют мелкие блестящие или густо опушенные листья, расположенные под большим углом, иногда почти вертикально; образуют разряженные насаждения	луговые злаки, растения тундр, эфемеры, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки
Факультативные гелиофиты (теневыносливые)	способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света	ель, клен, граб, ле–щина, боярышник, земляника, герань, многие комнатные растения
Сциофиты (теневые)	отличаются крупными, нежными, подвижными листьями темно–зеленого цвета, характерна так называемая листовая мозаика	зеленые мхи, плауны, кислица, копытень, седмичник, барвинок, майник и др.

Световые виды (Гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и в лесной зоне встречаются редко. Они образуют разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга. Адаптивные особенности: характерна приземистость, розеточное расположение листьев, укороченные побеги. На недостаточное освещение они реагируют развитием этиолированных (обесцвеченных) побегов в сторону света. Цветки, например, таких светолюбивых растений, как подсолнечник (Helianthus), козлобородник (Tragopogon), череда (Bidens), поворачиваются за солнцем.

Световые растения почти не способны выносить затенения. Для них характерна наибольшая интенсивность фотосинтеза при полном солнечном освещении и значительная трата углеводов на дыхание.

Теневые растения (Сциофиты) не выносят сильного освещения и живут под пологом леса в постоянной тени. На вырубках при резком осветлении они проявляют признаки угнетения и часто погибают. Адаптивные особенности: отличаются мозаичным расположением листьев, произрастают, где интенсивность освещения составляет 0,25-0,5% от полного дневного света.

Теневыносливые растения (Факультативные гелиофиты) могут жить при хорошем освещении, но легко переносят и некоторое затенение. К ним относится большинство растений леса. Адаптивные особенности: отличаются мозаичным расположением листьев, у деревьев световые и теневые листья (располагаются соответственно на поверхности и внутри кроны) – хорошо освещаемые и затененные – имеют анатомические различия. Световые листья толще и грубее, иногда блестящие, что способствует отражению света. Теневые листья обычно матовые, неопушенные, тонкие с очень нежной кутикулой или вовсе без нее.

В лесу деревья образуют густо сомкнутые насаждения. Под их пологом могут расти более теневыносливые деревья и кустарники, а ниже – еще более теневыносливые и теневые кустарнички и травы.

Коротковолновые (синие и фиолетовые) лучи спектра стимулируют клеточные деления, но задерживают вторую фазу онтогенеза клетки – фазу растяжения. Вероятно, именно этим объясняется приземистость травянистых растений, живущих на свету. С этим же, вероятно, связана низкорослость альпийских растений, живущих при повышенном количестве коротковолновой радиации. Приземистость, вызываемая свойствами света, оказывается биологически выгодной в альпийских условиях: она помогает использовать защитные свойства снега зимой.

Следует отметить, что морфолого-анатомические особенности, свойственные световым и соответственно теневым растениям, могут проявляться и на одном и том же растении. Так, например, листья одного и того же дерева, взятые с незатененных ветвей и развившиеся в затенении, обычно хорошо различаются по анатомической структуре.

Освещенность отражается на различии в анатомическом строении листьев световых и теневых растений. Листья световых растений имеют хорошо выраженную палисадную ткань, а если растение живет на почве, отражающей много света (мел, известняк), то палисад-ная ткань может быть развита с обеих сторон листа. У световых растений эпидермис состоит из относительно мелких тонкостенных клеток, количество устьиц относительно велико. Сциофиты представляют противоположность гелиофитам и по этим признакам. Однако подобные различия связаны не столько с влиянием света, сколько с тем, что, живя на свету, сциофиты сильно нагреваются и это очень отражается на их водном режиме – световые растения часто являются в то же время растениями засушливых мест – ксерофитами.