3.3 Свет

Как экологический фактор свет имеет огромнейшее значение, так как он является источником энергии для фотосинтеза (табл. 1).

При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19 % поглощается облаками, 34 % отражается обратно в космос, 47 % достигает поверхности Земли, из них 24 % – прямая радиация и 23 % – рассеянная радиация.

В растениях свет выступает как источник энергии для пигментной системы (хлорофилла и его аналогов). Общая формула фотосинтеза:

Световым излучением того же диапазона (400 – 700 нм) активизируются зрительные пигменты животных (родопсин, йодопсин и др).

На уровень фотосинтеза, кроме света, также влияют температура, наличие СО₂ и О₂, а также содержание хлорофилла, строение листа, концентрация ферментов. Нижний предел фотосинтеза от -7 ºС верхний предел – на 10 ºС ниже точки тепловой смерти. Норма содержания СО₂ в атмосфере составляет 0,57 мг/л. При повышении его концентрации до 10 % фотосинтез усиливается, но лишь до известных пределов, при повышении концентрации СО₂ свыше 10 % фотосинтез замедляется.

Таблица 1. Влияние солнечного излучения на живые системы.

Спектр солнечного излучения			Влияние солнечного излучения
			Действие		Особенности
Ионизирующее излучение <150 нм			Мутагенный эффект		В основном отражается озоновым экраном
Ультрафиолетовое (УФ) излучение 150 – 400 нм (5 – 10 % суммарной радиации)	УФ-С 150 – 280 нм	Активно абсорбируется кожей		Почти полностью поглощается озоновым экраном
	УФ-В 280 – 320 нм	Канцерогенный эффект через воздействие на ДНК		Способен активировать микроорганизмы и подавлять иммунитет к ним. Большая часть также поглощается озоновым экраном
	УФ-А 320 – 400 нм	Стимулирует клеточный синтез, синтез витамина D, обмен Са и Р		Большая часть доходит до поверхности Земли, в воде проникает на глубину 65 м
Видимый свет 400 – 800 нм (40 – 50 % суммарной радиации)			Необходим для ориентирования животных в окружающей среде Источник энергии для фотосинтеза (от 400 до 700 нм) Регулятор биологических ритмов живых организмов		Очень красивый
Инфракрасное излучение 800 – 1000 нм			Определяет активность пойкилотермных организмов Фактор, обусловливающий изменения температуры среды, основной источник тепловой энергии		–

В течение всей эволюции живого организмам приходилось адаптироваться к ритмически меняющимся условиям среды (смене времени суток, времени года). Ритмичность проявления жизнедеятельности свойственна всем живым существам, в ее основе лежат специфические биохимические и физиологические реакции. По современным представлениям в основе биоритмов лежит эндогенная (внутренняя) программа, которая реализуется через систему «гипоталамус – гипофиз». Она синхронизирует изменение жизнедеятельности с изменением состояния окружающей среды. Основное синхронизирующее значение имеет изменение светового режима – фотопериодическая регуляция.

У животных существуют суточные ритмы активности (дневные, ночные и сумеречные животные), у растений со временем суток связано раскрытие и закрытие цветков. Суточные ритмы очень видоспецифичны. Общий характер активности животных определяется типом питания, взаимоотношениями с хищниками и конкурентами, суточными изменениями абиотических факторов. Сигналом к смене активности является режим освещения (пробуждающая яркость). В течение суток может быть один или два пика активности животного (например, активность воробьиных в период размножения наблюдается утром и вечером).

Циркадные ритмы – генетически закрепленные внутренние ритмы с периодом около 24 ч. Эти ритмы были выявлены при опыте с растениями: растение, которое складывало листья на ночь было помещено на свет в течении 24 часов, оно продолжало складывать листья на «ночь» и расправлять их «утром». Природа суточных ритмов также, по-видимому, эндогенна. У человека отличие «сов» от «жаворонков» также определяется околосуточным эндогенным ритмом выхода адреналина в кровь. Мамм Б. и Миллер Д. экспериментально обнаружили гены, ответственные за наследование биоритмов.

Сезонные ритмы – изменение жизнедеятельности организма при сезонной смене климатических режимов. У растений с этими ритмами связано образование семян, накопление питательных веществ. У животных с ними связаны размножение, линька, спячка, миграции и прочее. Четко установлена эндогенная генетическая природа этих ритмов, хотя нельзя вообще выделить чисто эндо- и экзогенные ритмы. Характер внутренних ритмов часто очень существенно меняется под воздействием внешних факторов.

Цирканные ритмы – эндогенные биологические ритмы с окологодовой периодичностью. Как и циркадные ритмы – это собственные биологические часы организма. Опыты показали, что внутренние ритмы всегда несколько меньше астрономических (22,5 часов против 24 часов и примерно 340 суток против 365). Они постоянно сверяются с изменением условий среды, особенно с изменением освещенности – фотопериодизмом. Физиологией этих ритмов управляет та же гипоталамо-гипофизарная система.

По отношению к условиям освещения живые организмы делятся на экологические группы:

• растения

  • облигатные гелиофиты (узкоспецифичные светолюбивые);

  • облигатные сциофиты (узкоспецифичные тенелюбивые);

  • факультативные гелиофиты (теневыносливые);

• животные:

  • дневные;

  • ночные;

  • сумеречные.