Свет: абиотические факторы и адаптации к ним

Свет: абиотические факторы и адаптации к ним

Свет - лучистая энергия солнца, которая складывается из нескольких составляющих:

• Видимое излучение (50%)
• Ультра-фиолетовое излучение (1%)
• Инфракрасное излучение (45-47%)
• Рентгеновское излучение (излучение с длинами волн в области радиодиапазона).

Все эти виды излучения  оказывают влияние на живые организмы.

• Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами, а лучи с длиной волны 1,05 мкм принимают участие в теплообмене растений.
• Ультрафиолет с длиной волны 0,25-0,3 мкм стимулирует образование витамина D у животных; с длиной волны 0,2-0,3 мкм губительно действует на некоторые микроорганизмы, в том числе болезнетворные; с длиной волны 0,38-0,4 мкм необходимо для фотосинтеза у растений.

Благодаря озоновому  экрану ультрафиолетовое и рентгеновское  излучение частично задерживаются. 
Видимый свет оказывает комплексное влияние на организм: красные лучи - преимущественно тепловое воздействие; синие и фиолетовые - изменяют скорость и направление биохимических реакций. В целом видимый свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности  и температуры среды, является важным сигнальным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биоциклы.

Световой режим - один из ведущих абиотических факторов, определяющий особенности распределения и изменения интенсивности солнечной радиации, которая поступает к природным и искусственным экосистемам. Световой режим любого места обитания определяется различными факторами. 
Показатели светового режима - интенсивность света, его количество и качество.

Интенсивность (сила света) - определяется количеством солнечной энергии, приходящейся на 1 см² горизонтальной поверхности в 1 минуту. Для прямых солнечных лучей этот показательпочти не зависит от географической широты, однако на него влияют особенности рельефа местности. Например, на южных склонах интенсивность света всегда больше, чем на северных.

Количество света -  суммарная солнечная радиация, измеренная за астрономический год. Увеличивается от полюсов к экватору, сопровождается изменением его качества. Для светового режима также имеет значение количество отражаемого света.

Альбедо земной поверхности - величина, характеризующая ее способность отражать (рассеивать) падающее на нее излучение и равное отношению количества отраженного света к общему количеству падающего. Выражается в процентах (%) и зависит от угла падения солнечных лучей и свойств отражающей поверхности.

Экологические группы растений по отношению  к свету

Экологические группы / Характеристики	Светолюбивые (гелиофиты)	Тенелюбивые (сциофиты)	Теневыносливые (факультативные гелиофиты)
Место обитания	Открытые места, постоянно и хорошо освещенные	Нижний ярус тенистых лесов, постоянная тень	Хорошо освещенные места, небольшое затенение
Адаптивные особенности	Приземистость, розеточное расположение листьев, укороченные  или сильно ветвящиеся побеги, цветы некоторых поворачиваются за солнцем	Мозаичное расположение листьев у древесных пород, темно-зеленые  крупные листья, расположенные горизонтально	У древесных пород  световые листья (поверхность кроны) толстые и грубые, теневые - матовые, неопушенные
Реакция на изменение  светового режима	Не выносят длительного  затенения (погибают)	Не выносят яркого освещения (угнетение, гибель)	Относительно легко  перестраиваются к изменению  светового режима
Характерные черты  жизнедеятельности	Наибольшая интенсивность  фотосинтеза - при полном солнечном освещении, значительные траты углеводов на дыхание
Примеры растений	Ранневесенние растения степей и полупустынь, лиственница, акация, подорожник, кувшинка	Лесные травы, зеленые  мхи, ель, пихта, тис, бук, самшит	Большинство деревьев лесов, эвкалипты

Относительное световое довольствие - освещенность в данном месте, выраженная в процентах от общего количества света, поступающего извне. Минимальное световое довольствие - среднее световое довольствие на границе облиствения во внутренней части кроны. Используется для оценки потребности растения в свете, для фотосинтеза и обмена веществ. Например, минимальное световое довольствие для лиственницы, сосны, березы -10-20%;  для  ели, пихты, бука-1-3%. 
Световой режим как экологический фактор приводит к возникновению многоярусности растительного покрова, так как это позволяет лучше использовать солнечную радиацию. 

Свет как  условие ориентации растений и животных

У растений ориентация на свет осуществляется в результате фототропизмов - направленных ростовых движений органов растений. Если движение направлено в сторону светового раздражителя, то это - положительный фототропизм; если в противоположную - отрицательный.

У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов - двигательных реакций животных в ответ на одностороннее световое излучение. При положительном фототаксисе животное перемещается в сторону наибольшей освещенности, при отрицательном - в сторону наименьшей освещенности. Свет необходим животным для зрительной ориентации в пространстве. Начиная с кишечно-полостных животных, у них развиваются сложные светочувствительные органы, имеющие различное строение - глаза. По отношению к световому режиму среди животных различают ночные и сумеречные виды и виды, живущие в постоянной темноте и не выносящие яркого солнечного света.

Световой режим  оказывает влияние и на географическое распространение животных. Сигнальное значение в жизни животных имеет биолюминесценция - видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности. Возникает в результате окисления сложных органических соединений (люциферинов) при участии ферментов (люциферазов) в ответ на раздражение, поступающее из внешней среды. Энергия, выделяющаяся в результате этих реакций, не рассеивается в виде тепла, а превращается в энергию электронного возбуждения молекул, способных выделять ее в виде фотонов. Свечение может испускать вся поверхность тела или специальные органы свечения. Используется животными для освещения и приманки добычи (глубоководные рыбы), для предостережения, отпугивания или отвлечения хищников (некоторые креветки), для привлечения особей другого пола в брачный период (светлячки), для ориентации в стае. Некоторые животные светятся в ответ на механическое раздражение (светящиеся иглокожие на мелководьях коралловых рифов Карибского моря).

Таким образом, растениям  свет необходим, прежде всего, для фотосинтеза, благодаря которому в биосфере создается  органическое вещество и накапливается  энергия, для животных он имеет в  основном информационное значение.  

 Влажность: абиотические факторы

Вода, наряду со светом и температурой, являеется важным экологическим фактором в жизни наземных организмов:

• Присутствие воды необходимо для осуществления в организме процесса ассимиляции, дисимиляции и газообмена.
• Вода является основным компонентом протоплазмы клеток, тканей растений и животных соков.
• Благодаря растворенным в воде веществам поддерживается осмотическое давление клеточных и тканевых жидкостей и межклеточный обмен.

Основные показатели влажности:

1. Абсолютная влажность  воздуха - количество водяного  пара в воздухе, измеряемое  в г/м³ (максимальное значение - на экваторе 30 г/м³, в средних широтах значение 3-10 г/м³).

2. Относительная  влажность - отношение абсолютной  влажности к максимальной (в %).         

r = P/P^S · 100%

P^S - количество граммов водяных паров, способных создать полное насыщение 1 м³ воздуха. 
Наиболее благоприятна для человека r = 40-60%.

3. Дефицит насыщения  воздуха водяными парами - разность  между максимальной и абсолютной  влажностью.         

d = P^S - P

d характеризует  испаряющую силу воздуха. С  повышением температуры эта сила  увеличивается, так как при  одной и той же влажности,  но при разных температурах  дефицит насыщения неодинаков. Чем  больше d, тем суше воздух и тем интенсивнее происходит в нем испарение и транспирация. Чем меньше d, тем больше относительная влажность воздуха.

Тип воздуха	Теплопроводность  воздуха	Характер физиологических  реакций живых организмов
холодный и влажный	высокая	у хладнокровных  обмен веществ замедляется, у  теплокровных усиливается
холодный и сухой	небольшая	охлаждение организмов протекает менее интенсивно, чем  в холодном и влажном воздухе
жаркий и сухой	плохая	испарение с поверхности  тела усиливается и терморегуляция организма становится возможной
жаркий и влажный	хорошая	испарения с поверхности  тела почти не происходит, и наблюдается  перегрев тела до температуры воздуха

 

Водный режим: абиотические факторы

Водный режим - последовательные изменения в поступлении, состоянии и содержании воды во внешней среде в виде влажности почвы и воздуха, уровня грунтовых вод и осадков.

У растений в сухом  климате выработались ритмы сезонного  развития. У эфемеров - однолетних травянистых растениях, завершающих полный цикл развития за очень короткий и влажный период (2-6 недель) выработалась высокая скорость осуществления процессов жизнедеятельности, направленная на быстрое завершение жизненного цикла. Эфемероиды - многолетние травянистые растения, для которых характерна осенне-весенне-зимняя вегетация. Могут задержать свое развитие при неблагоприятной влажности, пока она не станет оптимальной, или, как эфемеры, пройти весь цикл развития в короткие ранневесенние сроки (тюльпан, гиацинт, растения, которые используют влажный и светлый период до распускания листьев - пролеска). Терофиты - жизненная форма растений, переживающих неблагоприятный период в виде семян. К ним относятся однолетние травы, характерные для пустынь, полупустынь и южных степей; в лесной зоне - сорняки полей (василек).

По отношению  к влажности различают эвригигробионтные и стеногигробионтные организмы. Эвригигробионтные способны жить при различных колебаниях влажности, а стеногигробионты - при определенном значении. Животные, в отличие от растений, имеют возможность активно отыскивать условия с оптимальной влажностью и обладают более совершенными механизмами регуляции водного обмена.

Экологические группы растений и животных по отношению к водному режиму.

Все наземные организмы  по отношению к водному режиму подразделяются на 3 основные экологические группы: 
1.Гигрофильные   (влаголюбивые); 
2.Ксерофильные(сухолюбивые); 
3. Мезофильные (умеренная влажность).

По характеру  адаптаций, связанных с регуляцией водного режима, различают три  группы растений: 
1)гигрофиты; 
2)мезофиты; 
3) ксерофиты.

Экологическая группа растений	Место обитания	Адаптивные признаки	Примеры растений
гигрофиты	Влажные места; нет  дефицита воды; отсутствие засушливых периодов	Приспособления, ограничивающие расход воды, отсутствуют; Толстые слаборазвитые  корни с небольшим количеством  или отсутствием корневых волосков; Наличие во всех органах воздушных  полостей, обеспечивающих аэрацию тканей	Тропические и болотные растения
мезофиты	Умеренно увлажненные  места	Способность переносить почвенную и атмосферную засуху ограничена; Хорошо развитая корневая система с многочисленными корневыми  волосками; Устьица расположены  на нижней стороне листьев и обеспечивают регуляцию транспирации	Луговые и лесные травы, лиственные деревья, большинство  сельскохозяйственных култур и сорняков, эфемеры
ксерофиты	Сухие места	Хорошо переносят  почвенную и атмосферную засуху; Суккуленты - накапливают в тканях большое количество воды; Склерофиты - сухие жесткие кустарнички или  травы, интенсивно испаряющие влагу. Цитоплазма клеток способна выдерживать сильное  обезвоживание; Корневая система интенсивно поглощает влагу из почвы	Суккуленты (алоэ, кактусы); Склерофиты (верблюжья колючка, саксаул)

 

 

По отношению  к колебаниям водоснабжения и  испарения среди растений выделяют две группы:

• Пойкилогидрические - растения, у которых количество воды в тканях непостоянно и зависит от условий влажности среды. Например, многие мхи, водоросли, папоротники
• Гомойогидрические - растения, которые способны поддерживать относительное постоянство воды в тканях и мало зависящие от влажности окружающей среды