III.4. Световые факторы, ультрафиолет

Один из ведущих абиотических факторов — световой режим. Последний определяет особенности распределения и флюктуации интенсивности солнечной радиации, поступающей к живым объектам среды, природным сообществам, экосистемам. Особенно необходим свет для зеленых растений, так как именно он обеспечивает образование хлорофилла. Растения по требованию к условиям светового режима принято делить на следующие группы: гелиофиты (т.е. светолюбивые), произрастающие на хорошо освещенной местности (гвоздичные, моло-чайные, амарантовые и т.п.); сциофиты (тенелюбивые), плохо переносящих освещение прямыми солнечными лучами (зеленые мхи, плауны, ель, пихта, самшит и др.); факультативные гелиофиты (теневыносливые), легко адаптирующиеся к изменению светового режима, могущие развиваться и на свету и в тени.

Для животных организмов световой режим не так жизненно важен как для растений, но этот фактор необходим им для зрительной ориентации.

Световой режим играет важную роль в местообитании самых разных организмов. Например, в океане водоросли в основном живут в освещаемой зоне, обычно на глубинах 20—40 метров, однако при повышении прозрачности воды, эти же виды водорослей встречаются на глубинах до 200 м. Относительно недавно в районе Багамских островов были обнаружены фотосинтезирующие красные водоросли, обитающие на глубине 265 метров, куда проникает лишь 0,0005% солнечного света.

Световое загрязнение представляет собой вид физического воздействия на окружающую среду, обусловленное периодическим или продолжительным превышением уровня естественного светового фона, главным образом за счет использования источников искусственного освещения.

Определенная часть электромагнитного спектра, относящаяся к оптической области не ионизирующей радиации, является светом (таблица 38).

 

 

Таблица 38

Световой спектр

 

Фракция света	Длина волны (нм)
Инфракрасный свет	760 — 106
Видимый свет	400 — 760
Ультрафиолет	100 — 400
УФ Б (UV A)	315 - 400
УФ Б (UV В)	280 — 315
УФ С (UV С)	100-280

 

Видимый и инфракрасный свет составляют 91,7% спектра солнечного освещения, и лишь 8,7% — ультрафиолет (УФ). Искусственные источники УФ-излучения — ртутные, ксеноновые, водородные лампы, флуоресцентные лампы дневного и солнечного света, лазеры газовые и на красителях, специальные медицинские аппараты и т.п. Кроме того, что человек повергается постоянно УФ от солнечного света, экспозиция к нему может происходить и при работе на открытом воздухе (моряки, рыбаки, сельскохозяйственные рабочие), при фотопроцессах, где используются УФ-генерирующие высокомощные галогеновые лампы и вспышки, при проведении научно-исследовательских работ по фотобиологии, фотохимии, а также при загаре.

Увеличение дозы УФ-облучения приводит:

1) к ущербу здоровья людей (рост заболеваемости злокачественными опухолями кожи, поражению иммунной системы, заболеванию глаз, болезням органов дыхания); 2) к нанесению ущерба производству продовольствия (снижение урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшение промысловых запасов Мирового океана);

3) к глобальным изменениям климата, состава атмосферы (нарушение радиационного баланса Земли, накопление углекислоты в атмосфере, изменение микробиологического равновесия в почвах, т.е. снижение плодородия).

УФ-излучение (солнечное излучение с длиной волны менее 320 нм) способно вызывать опухоли кожи двух типов — немеланомный рак и злокачественую меланому. В США ежегодно регистрируется около 500000 новых заболеваний раком кожи. В СССР с 1970 по 1980 гг. заболеваемость раком кожи выросла на 13%, а за 1985—1986 — на 8% и достигла почти 80000 случаев в год.

Кратковременные воздействия УФ-радиации приводят к подавлению иммунореактивности в месте облучения, а хроническое — к общему угнетению иммунитета.

Острые воздействия УФ-облучения вызывают воспаление роговицы и век, ослабление световой чувствительности. Но наиболее важной патологией является развитие катаракт. В умеренных широтах около 20% пожилых людей болеют катарактой, а в экваториальных до 30%. На каждый процент истощения озонового слоя прогнозируется 0,6— 0,8% увеличения частоты катаракт.

Установлено, что при 25%-ном истощении озонового слоя урожайность свеклы снижается на 30%, сои — на 25% и ячменя на 10% за счет воздействия УФ. Установлено, что одноклеточные и микроорганизмы подвержены опасности в большей степени, чем крупные животные, потому что УФ способен повреждать только поверхностные слои клеток.

УФ проникает в глубь океанов только на несколько метров, но это тот самый слой где живет большая часть морских микроорганизмов. Эти небольшие плавучие растения и животные особенно чувствительны к УФ радиации. Кроме того, они являются основой большинства пищевых цепей в океане.

Облучение УФ уменьшает площадь поверхности листьев, высоту растений, интенсивность фотосинтеза в зеленых растениях. Различные сельскохозяйственные злаки реагируют на УФ по разному, но у 2/3 изученных злаков снижается урожайность. Культурные растения, по-видимому более чувствительны к УФ-излучению, чем дикие.

Ультрафиолетом активируется ряд вирусов и отдельных генов. однако, гены активированные УФ А, отличны от тех, что активируются УФ В и УФ С. Мишенью для действия УФ В и УФ С служат ДНК, клеточные мембраны и другие органеллы клетки. Как у прокариотов, так и эукариотов наблюдаются при воздействии УФ-облучения клеточная гибель, хромосомные изменения, мутации, морфологическая трансформация.

Хорошо известны многолетние исследования Roffo, который показал, что у 70% крыс при ежедневной пятичасовой экспозиции к солнечному свету возникали опухоли кожи (плоскоклеточный рак) и коньюктивы (веретеноклеточные саркомы). Однако, если устанавливался защитный экран из обычного стекла, то опухолей у животных не наблюдалось. Вообще канцерогенез, вызываемый УФ распространен достаточно широко. Наиболее часто встречается плоскоклеточный рак кожи, причем в основном злокачественные новообразования индуцируют УФ В и УФ С, однако УФ А также канцерогенен, хотя и в значительно меньшей степени. Меланомы, продуцированные ультрафиолетом у животных сравнительно редки, но имеются два вида высокочувствительных к УФ-индукции именно меланом — южноамериканский опоссум Monodelphis domestica и гибриды пецилий и меченосцев Xi-phophorus helleri x X.maculatus.