Характеристика важнейших абиотических факторов среды Свет

Свет является одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на жизнедеятельность живых организмов. Энергия Солнца, достигающая поверхности Земли, составляет лишь 47 %, 19 % поглощаются и рассеиваются в атмосфере, а 34 % отражаются в межпланетное пространство.

Поверхности Земли достигают видимые глазом лучи с длиной волны 390—770 нм (это примерно 50% суммарной энергии), небольшая часть ультрафиолетовых (УФ) и инфракрасных (ИК) лучей. Каждому местообитанию на нашей планете присущ свой световой режим, характеризующийся интенсивностью (силой), количеством и качеством света.

С областью видимой человеческим глазом солнечной радиации почти совпадает физиологическая радиация (ФР): 300—800 нм. В ее пределах выделяется фотосинтетически активная радиация (ФАР): 380—710 нм. Воздействие света на организмы зависит от длины волны. Красные лучи оказывают тепловое влияние, синие и фиолетовые изменяют скорость и направление биохимических реакций. Следует отметить, что для подавляющего большинства организмов на Земле свет является основным источником тепла. Он влияет на активность животных, рост и развитие растений, регулирует биологические ритмы организмов.

Являясь одним из важнейших экологических факторов, свет выполняет в жизни растений 2 главные функции: энергетическую (фотосинтез) и регуляторную.

Максимумы поглощения света хлорофиллом зеленых растений расположены в сине-фиолетовой и красной частях спектра, каротиноидами — в синей. Накопление органического вещества прямо пропорционально количеству поглощенной световой энергии. Поэтому освещение растений зелеными лучами, мало поглощаемыми хлорофиллом, неблагоприятно для фотосинтеза.

Регуляторная функция света заключается в регулировании процессов роста и развития. Синие, фиолетовые и УФ-лучи стимулируют процессы деления клеток, но подавляют их рост в фазе растяжения, что приводит к задержке роста в высоту. Красный свет, наоборот, подавляет процессы деления клеток, но стимулирует их растяжение. Это приводит к усилению линейного роста растений, вытягиванию стеблей и междоузлий. Оптимальные для роста растений соотношения красного и синего света в общем световом потоке могут несколько меняться в зависимости от вида и возраста растений. Например, крестоцветные более требовательны к синему, а злаки — к красному свету.

Свет может тормозить линейный рост и животных организмов. В этом случае большее значение имеет длительность светового режима. Процесс роста обыкновенного прудовика сильно угнетается при режимах освещения более 12 ч/сут. У других моллюсков в условиях темноты линейный рост может быть в 5 раз выше, чем на свету.

Важная экологическая роль света заключается в осуществлении и регулировании биологических ритмов организмов.

Биологические ритмы — последовательное чередование во времени каких-либо состояний организма.

Сигналом, по которому организмы упорядочивают свою активность, является фотопериод — длина светового дня. В отличие от иных факторов, фотопериод — величина постоянная для данной местности и в данное время.

Ритмическое изменение морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций организмов под влиянием чередования световой и темновой фаз называется фотопериодизмом.

Зацветание растений, процессы их роста и развития служат проявлением фотопериодизма. У животных фотопериодизм проявляется в колебаниях интенсивности обмена веществ, ритмичных изменениях морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций.

Длина фотопериода — важный фактор, служащий сигналом к гнездованию птиц. Он может обуславливать строительство гнезда даже вне зависимости от того, что действие иных факторов будет еще неблагоприятным. В конце марта — начале апреля 1995 г. в Минске ночные температуры опускались до —4 °С, а дневные не превышали +4 °С. Однако сороки уже строили свои гнезда, даже не реагируя на выпадавший снег и резкое похолодание.

У водных беспозвоночных под влиянием фотопериода могут происходить сдвиги биохимических показателей. В крови крабов концентрация аминокислот, кальция, магния и меди изменяется ритмично в течение суток.

В целом следует отметить, что фотопериодизм обеспечивает организмам заблаговременную физиологическую перестройку при смене сезонов года. При отсутствии резко выраженной сезонности не выражен и фотопериодизм, что наблюдается у некоторых тропических видов.

Фотопериодизм непосредственно связан с биологическими часами организмов.

Биологические часы — способность животных и человека ориентироваться во времени. Основаны на строгой периодичности процессов жизнедеятельности, вызванной цикличными (суточными, сезонными) изменениями геофизических факторов.

Одним из проявлений последних служат так называемые циркадные ритмы. Это ритмы активности, по своей длительности приближенные к 24 часам. Циркадные ритмы — врожденные. Они могут отличаться даже у членов одной семьи, так как организмы несколько различаются генетически. Продолжительность циркадных ритмов регулируется внешним суточным циклом, который согласует их с изменениями среды. Так, известные в Европе белки летяги, ведущие сумеречный образ жизни, просыпаются синхронно в один и тот же час.

В настоящее время считается, что циркадные ритмы являются общей характеристикой физиологической организации живых существ на Земле. Эти ритмы проявляются практически у всех организмов. Самой малой и простой клеткой, у которой четко наблюдаются циркадные ритмы, является инфузория туфелька. Важнейшая особенность циркадных ритмов — сохранение их точности и постоянства в течение неограниченно долгого времени. Стандартная ошибка в длительности периода для свободно-текущих ритмов некоторых грызунов может составлять не более 1 мин или величину порядка 0,1 %.

У человека суточный ритм активности проявляется в чередовании фаз сна и бодрствования, колебании температуры тела, кровяного давления и т. д. У большинства людей ритм колебания температуры тела составляет около 25 часов; ритм потребления пищи согласован с суточным циклом смены света и темноты, сна и бодрствования. Всего же у человека обнаружено более 300 периодически меняющихся физиологических функций. Помимо суточных, у человека выявлены и другие ритмы, например, 42-дневные гормональные, 32,5-дневные ритмы колебания в крови уровня холестерина. Исследования циркадных ритмов человека имеют важное значение для медицины. В частности, еще в древности было разработано учение о суточной циркуляции жизненной энергии, позволяющее наиболее рационально лечить различные органы.

По отношению к освещенности все организмы могут быть поделены на две основные группы: светолюбивые и теневыносливые. Между этими группами имеются переходные формы..

Наиболее хорошо разработана классификация по требованиям к освещенности для растений, у которых выделяют следующие группы:

• светолюбивые (гелиофиты) — растения открытых хорошо освещаемых пространств;

• тенелюбивые (сциофиты), плохо переносящие сильное освещение, заселяющие нижние ярусы тенистых лесов, пещеры и располагающиеся в глубине водоемов;

— теневыносливые (факультативные гелиофиты) — могут переносить затенение, но хорошо растут и на свету.

Различия между растениями этих групп проявляются не только в их непосредственном отношении к свету. В значительной степени они наблюдаются в морфологическом строении, анатомии листовой пластинки, физиологических процессах.

Гелиофиты, растущие при ярком освещении, постоянно подвергаются тормозящему действию света. Поэтому они часто имеют побеги с короткими междоузлиями, сильно ветвящиеся, розеточные. Листья у них мелкие или с рассеченной листовой пластинкой, нередко с восковым налетом или густым опушением. Листья имеют хорошо развитую сеть жилок. Хорошо развит оптический аппарат листа. Хлорофилла «а» здесь в 5 раз больше, чем «б».

Сциофиты имеют тонкие, горизонтальные, темно-зеленые листья. Соотношение хлорофилла «а» и «б» у таких растений примерно 3:2. В наших лесах к ним относятся зеленые мхи, плауны, кислица, грушанка и многие другие растения постоянного затенения.

У теневыносливых растений листья обычно располагаются мозаично. На поверхности и внутри кроны теневыносливых древесных растений располагаются световые и теневые листья. Они различаются анатомически. Световые листья толще и грубее, часто блестящие, что способствует усиленному отражению света. Теневые листья неопушены, матовые.

В жизни животных свет также играет важную роль. Он служит не только для ориентации в пространстве, но и определяет активность. Так, вылет майского жука полностью зависит от времени захода солнца. Поэтому в период с апреля по июнь вылет с каждым днем наступает позже. Виды с различной активностью по отношению к световому режиму есть и среди птиц. Дневные хищные птицы активны в светлое время суток, ночные — в темное.

Четкой классификации по отношению к свету у животных в настоящее время нет. В экологических исследованиях руководствуются их подразделением главным образом на виды с дневной, ночной и сумеречной активностью.