6.1 Роль видимого света для растений

Свет является таким экологическим фактором, который неравнозначен по важности влияния на растения и животных. Для животных свет уступает по своему значению выше рассмотренным факторам, т.е. температуре и влажности. В природе существует немало видов, которые могут развиваться в полной темноте или ведут сумеречный, ночной образ жизни. Но, тем не менее, свет необходим всей живой природе, т.к. служит для нее единственным источником энергии. Хлорофиллоносные растения, - это почти единственные (за исключением фототрофных бактерий) организмы, способные синтезировать собственное вещество при помощи солнечной энергии. Все остальные организмы, которые населяют планету прямо или косвенно зависят в питании от хлорофиллоносных растений.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. Различные участки спектра видимого света действуют на растения и животных по-разному. В процессе фотосинтеза свет выступает как источник энергии, которая используется пигментной системой. В результате происходит расщепление молекулы воды с выделением газообразного кислорода, а энергия утилизируется для преобразования двуокиси углерода в углеводы:

_{2816 кДж}

6 СО₂ + 12Н₂О  С₆ Н₁₂ О₆ + 6 О₂ + 6Н₂О

_{хлорофилл}

Способность использовать лучистую энергию у хлорофилла и у зрительных пигментов животных очень близка. Поэтому в спектре солнечного излучения область фотосинтетически активной радиации (ФАР) практически совпадает с диапазоном видимой части спектра с длиной волны порядка 400-700 нм.

Видимый свет оказывает смешанное действие на организмы: красные лучи – преимущественно тепловые, тогда как синие и фиолетовые изменяют скорость и направление биохимических реакций. В целом свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности и температуры среды, является важным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биоциклы.

6.2 Экологические группы растений по отношению к свету.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые, теневые, теневыносливые.

Световые виды (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и в лесной зоне встречаются редко. Они образуют обычно разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга.

Теневые растения (сциофиты) не выносят сильного освещения и живут под пологом леса в постоянной тени. Это в основном лесные травы. На вырубках при резком осветлении они проявляют явные признаки угнетения и часто погибают.

Теневыносливые растения (факультативные гелиофиты) могут жить при хорошем освещении, но легко переносит и некоторое затенение. К ним относится большинство растений лесов.

6.3 Свет как условие ориентации животных.

Свет как средство ориентации наибольшее значение имеет в жизни животных. Уже у простейших организмов появляются светочувствительные органеллы. Так, эвглена зеленая (Euglena viridis) с помощью светочувствительного «глазка» реагирует на степень освещенности среды. Начиная с кишечнополостных, практически у всех животных развиваются сложные светочувствительные органы – глаза, имеющие то или иное строение. У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов: положительного (перемещение в сторону наибольшей освещенности) и отрицательного (перемещение в сторону наименьшей освещенности).

Среди животных различают ночные и сумеречные виды. Имеются также виды, живущие в постоянной темноте и не выносящие яркого солнечного света (почвенные животные, обитатели пещер и больших глубин, внутренние паразиты животных и растений).

Световой режим оказывает влияние и на ареал распространения животных. Так, определенные птицы и млекопитающие поселяются в высоких широтах с длинным полярным днем, и осенью когда день сокращается, они мигрируют или откочевывают на юг. Летом в тундре обитает большое количество животных, которые при обилии света успевают закончить размножение. И в тоже время в тундре почти отсутствуют ночные хищники – за короткую летнюю ночь они не могут прокормить ни себя, ни потомство.

Многие птицы во время перелетов ориентируются с помощью зрения по солнцу или звездам. Такой же способностью обладают пчелы.

Таким образом, свет является одним из важнейших экологических факторов, играющих большую роль в жизни всех организмов. Растениям свет необходим как источник питания, т.е. для осуществления процесса фотосинтеза, а для животных он имеет в основном информационное значение.

Вопросы для обсуждения

1. На какие спектры делится условно весь поток света?

2. Наиболее важный спектр солнечного излучения для живых организмов?

3. Значимость светового фактора для растений?

4. Экологические группы организмов по отношению к свету?

5. Важность светового фактора для животных?

II ДЕМЭКОЛОГИЯ ИЛИ ПОПУЛЯЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

7. Популяция ее место в биологической системе и структура.

Популяционная экология – одна из многих направлений в экологической науке. Её развитие характеризуется не только накоплением полевого и экспериментального материала, но и формированием нового подхода при его анализе.

Развитие популяционных исследований начались в первой четверти ХХ века, а фундаментальные работы появились в печати, лишь в его второй половине. (Н.П. Наумов, 1955г., С.С. Шварц, 1967г., И.А. Шилов, 1968г., А. Яблоков, 1986г.) Впервые специальная глава о популяциях помещена в фундаментальных сводках Олли У. И др. в 1949г.

Исследования популяции растений начались позднее – с середины ХХ века и в связаны с исследованиями Т.А, Работнова (45,46,59) и лишь в конце 70-х годов опубликованы первые сводки, специально посвящённые ценопопуляциям растений.

Популяция как биологическая система характеризуется появлением специфических свойств, которыми не обладают отдельные организмы данного вида. Так, только на популяционном уровне выявляются такие свойства, как численность и плотность населения, половой и возрастной состав, уровень размножения и смертности и др. По этим и другим признакам популяция качественно отличается от организменного уровня организации биологических систем. Сами особи, будучи с одной стороны частями системы более высокого порядка, сохраняют в то же время ярко выраженную самостоятельность. Организм, как биологическая система, относительно недолговечен, популяция же при сохранении необходимых условий практически бессмертна. В то же время популяция обладает и определёнными чертами сходства с организмом как системой, что позволяет саму популяцию квалифицировать как биологическую систему надорганизменного уровня. Такие свойства как структурированность, целостность, авторегуляция и способность к адаптивным реакциям – основные черты свойственные всем популяциям, характерны и для биологических систем иного уровня – от организма до биосферы в целом.

Термин «популяция» происходит от латинского слова populus (народ) и в дословном переводе означает «население», т.е. популяция есть население вида на территории. Она не абстрактна – это есть определённая совокупность особей вида, входящих в состав конкретной экосистемы. Экологический аспект популяционной биологии направлен на изучение повседневной жизни популяции как формы существования вида в составе конкретных экосистем. Поэтому можно так определить понятие популяции (по Шилову И.А.) популяция – это группировка особей одного вида, населяющих определенную территорию и характеризующихся общностью морфологического типа, специфического генофонда и системой устойчивых функциональных взаимосвязей.

Положение популяции в структуре биологических систем биосферы (по Шилову И.А.)

Царство

Популяция

Биоценоз

Биогеоценоз

(экосистема)

Организм

Функционально-энергетический ряд

Рис.7

Как видно из схемы (рис.7) популяция занимает двойственное положение в структуре биологических систем. В генетико-эволюционном ряду популяция выступает как форм существования вида и ее основная функция заключается в обеспечении устойчивого выживания и воспроизведении вида в данных конкретных условиях. А в функционально-энергентическом ряду она выступает как функциональная субсистема конкретного биогеоценоза, ее функция – участие в трофических цепях. Выполнение этой функции обеспечивает участие вида в биогенном круговороте.

Относительно растений – популяционная экология растений, как было отмечено выше, начала свое развитие с середины 20 века и связана с ролью видовых популяций в функционировании фитоценозов (растительных сообществ), поэтому в фитоценологии принят термин «ценопопуляция», подчеркивающий место и роль населения определенного вида в функционировании фитоценоза.

Главная цель изучения ценопопуляций – установление закономерностей жизни растительного вида в составе конкретного фитоценоза в связи с его строением и динамикой. Существенная специфика популяции растений в том, что они составлены прикрепленными формами. Это с одной стороны обуславливает четкое пространственное разграничение популяционных систем, а с другой стороны – ставит проблему внутрипопуляционных единиц. Если у животных такой единицей является особь, то у растений в качестве структурой единицы могут выступать как особи семенного происхождения, так и особи вегетативного происхождения, это и клоны, и даже часть особей (побеги, листья). То есть в качестве структурной единицы выступают – морфологическая и фитоценотическая внутрипопуляционные единицы.

В целом популяция в фитоценологии рассматривает те же параметры популяций, что и в экологии животных – пространственную и функциональную структуру популяций, численность и плотность населения, рождаемость (семенное и вегетативное размножение) и смертность, возрастную структуру. На основе этих параметров складывается ход динамики популяций, определяющий изменения фитоценоза в целом. Только на уровне популяции проявляется ответ вида на комплекс внешних воздействий, происходят основные адаптации, естественный отбор и эволюционные процессы. Разнообразие популяций внутри вида резко увеличивает его приспособительные способности, освоение среды и возможности выживания.