Суточные и сезонные колебания интенсивности климатических факторов. Значение колебаний для живых организмов.

Интенсивность климатических факторов и, прежде всего, света характеризуется суточной и сезонной периодичностью.

Суточная периодичность проявляется в смене светлого и темного времени суток. Это обусловлено вращением Земли вокруг своей оси. Адаптация живых организмов проявляется повышением интенсивности жизнедеятельности и поведенческой активности, в основном, в светлое время суток.

Сезонная периодичность проявляется закономерным изменением продолжительности светового дня, а также изменением температуры и влажности. Это обусловлено вращением Земли вокруг Солнца с изменением положения оси Земли относительно Солнца. При этом существуют значительные сезонные колебания интенсивности климатических факторов, а поэтому решающее значение для существования видов имеет наличие характерного годичного цикла жизнедеятельности с определенной последовательностью периодов размножения, роста, развития, а также подготовки к зиме, к зимовке. Наиболее заметна связь физиологических и поведенческих изменений с сезонным ходом температур. Однако, не температура служит главным регулятором сезонных явлений в природе. Таким главным регулятором является продолжительность светового дня. Она является астрономически точным предвестником сезонных изменений температуры и других условий.

Фотопериодизм и сумма эффективных температур и их значение для живых организмов

Способность живых организмов реагировать на изменения продолжительности светового дня изменением своей жизнедеятельности и поведения, которое соответствует сезонным условиям, называется фотопериодизмом. Например, длинный день в начале лета способствует образованию цветков у большинства растений средних широт, поэтому их называют длиннодневными, а у птиц при увеличении продолжительности светового дня увеличивается активность половых желез, повышается концентрация половых гормонов, активируются половые и гнездовые рефлексы. Осеннее уменьшение продолжительности светового дня вызывает линьку, накопление жира, стремление к перелету. У растений это один их факторов, способствующий опадению листьев. Для реализации фотопериодизма и перехода от одного сезонного состояния к другому большое значение имеет и температура окружающей среды, а точнее определенный уровень температур в течение времени, необходимого для изменения этого состояния. Эту величину называют суммой эффективных температур. Так, например, сумма эффективных температур, необходимая для развития икры форели до мальков составляет 400 С.. Это означает, что при температуре 10С развитие происходит в течение 40 дней. При температуре 4С - 100 дней и т.д. Т.е. эта величина рассчитывается умножением температуры на количество дней. Она величина может стать ограничивающим фактором для распространения деревьев далеко на Север.

Фотопериодизм - потребность организмов в периодической смене определенной продолжительности дня и ночи.

Возможности живых организмов переживать неблагоприятные сезонные и суточные изменения климатических факторов

Интенсивность климатических экологических факторов в определенные сезоны выходит за границы переносимости вида, т.е. становятся непереносимыми в обычном активном состоянии живого организма.

Для переживания временного выхода климатических факторов за пределы переносимости у живых организмов в процессе эволюции выработались особые приспособительные охранительные состояния. Они ослабляют зависимость живого организма от внешней среды путем ослабления жизнедеятельности и понижения потребностей.

Эти состояния различаются по степени понижения (ослабления) обмена веществ и жизнедеятельности. У растений это состояние резкого ослабления жизнедеятельности и прекращения роста называется покоем. Оно позволяет растениям переносить без повреждений засуху, высокие и низкие температуры. Покой может быть зимним и летним в пустынях, также глубоким (зимой) и вынужденным (при резком изменении температуры). У пойкилотермных животных развивается охранительное состояние, называемое оцепенением. Оно характеризуется значительным понижением жизнедеятельности, а это проявляется неподвижностью, ослаблением газообмена и других физиологических функций. Оцепенение может быть зимним и летним (во время засух). Охранительное состояние гомойотермных животных называется спячка. Причина развития этого состояния - отсутствие пищи, когда сохранение высокой активности невозможно. Такое состояние требует подготовки, а она заключается в накоплении в организме резервных веществ (жира) до 30 - 40% веса тела, а также укрытии в убежище с благоприятным микроклиматом. Спячка проявляется ослаблением жизнедеятельности и обмена, понижением температуры, торможением нервных процессов, замедлением физиологических функций. Она может быть не только сезонной (летней и зимней), но и суточной (у летучих мышей) или нерегулярной (при резком изменении температуры). Некоторые крупные млекопитающие впадают в зимний сон, для которого характерно меньшее понижение температуры и интенсивности обмена веществ (медведи, барсуки).

Анабиоз - это состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедленны, что отсутствуют все видимые признаки жизни. Возникают в крайне неблагоприятных условиях, а при восстановлении нормальных условий происходит восстановление нормального уровня жизнедеятельности. Анабиоз особенно выражен у спорообразующих бактерий. Это позволяет им переживать крайне неблагоприятные условия. Анабиоз позволяет семенам растений сохранять всхожесть в течение нескольких лет. Анабиоз беспозвоночных обеспечивается подготовкой, в ходе которой организмы теряют до 2/3 всей воды, накапливают вещества, которые препятствуют кристаллизации льда в клетках (глицерин). Явление анабиоза используется в медицине для изготовления сухих живых вакцин, а также для консервирования тканей и органов, предназначенных для пересадки.

Зимняя спячка - приспособление животных к перенесению зимнего времени года (зимний сон).

Анабиоз - временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни (наблюдается у холоднокровных животных зимой и в жаркий период лета).

Зимний покой - приспособительное свойство многолетнего растения, для которого характерно прекращение видимого роста и жизнедеятельности, отмирание надземных побегов у травянистых жизненных форм и опадение листьев у древесных и кустарниковых форм.

Биологические ритмы: