Абіотичні фактори середовища: світло і вологість
Серед абіотичних факторів найбільше значення мають кліматичні чинники: світло, вологість і температура. У зв’язку зі зміною пір року спостерігаються сезонні ритми протікання біологічних процесів.
Світло. Сонячне випромінювання – основне джерело енергії для більшості організмів планети. Автотрофні рослини використовують сонячне світло для побудови клітин і тканин. Вони перетворюють енергію світла в енергію хімічних зв’язків синтезованих органічних сполук. Надалі енергія зелених рослин перерозподіляється між іншими організмами відповідно з харчовими відносинами.
У сонячному світлі важливо три спектральні діапазони, що розрізняються за біологічного впливу: ультрафіолетові промені, видимі та інфрачервоні промені.
Ультрафіолетові промені з довжиною хвилі менше 0,29 мкм викликають пошкодження біополімерів і згубні для всього живого. Жорсткі ультрафіолетові промені затримуються озоновим шаром атмосфери, поверхні землі досягає лише м’яке ультрафіолетове випромінювання діапазону 0,3-0,4 мкм. У невеликих кількостях ультрафіолетові промені корисні тваринам і людині. Під їх впливом в організмі людини утворюється вітамін D. Видиме світло (0,4-0,75 мкм) складає близько 48% променевої енергії. Найбільш сприятливі для фотосинтезу червоні промені (0,6-0,7 мкм). Синьо-фіолетові промені (0,4-0,5 мкм) поглинаються хлорофілом, каротиноїдами і іншими компонентами клітки, але вони удвічі менш ефективні, ніж оранжево-червоні. Найменшу біологічну активність мають зелені промені (0,5-0,6 мкм), вони не поглинаються рослинами, і тому більшість рослин має зелений колір.
Інфрачервоні промені (більше 0,75 мкм) не сприймаються оком людини, але на їх частку припадає до 40% загальної кількості променевої енергії. Вони зігрівають рослини і тварин, добре поглинаються грунтом і водою. Істотна частина інфрачервоних променів, що надходять від Сонця, а також власне теплове випромінювання Землі поглинаються вуглекислим і деякими іншими газами, підвищуючи температуру атмосфери і створюючи парниковий ефект.
Залежно від вимогливості до кількості світла рослини можуть бути світлолюбними (злаки, подорожник, акація, береза), тіньовитривалими (більшість лісових рослин) або Тіньолюбні (трави під пологом лісу), в лісі вони займають різні екологічні ніші – різні яруси лісу.
Тварини використовують сонце для географічної орієнтації. Деякі комахи здатні розрізняти ультрафіолетові промені, це дозволяє їм успішно орієнтуватися на місцевості в хмарну погоду. Ряду вільно пересуваються організмів (бактерій, деяким водоростям і тваринам) властивий фототаксис (<грец. Taxis розташування) – пересування до світла (позитивний фототаксис) або у зворотному напрямку (негативний фототаксис). Багатьом рослинам притаманні фототропізм (<грец. Tropos поворот) – згинання органів у процесі росту (ростові рухи) назустріч сонцю.
Хемотрофних і частина гетеротрофних організмів здатні обходитися без світла, вони мешкають в глибоких шарах грунту, печерах і океанічних глибинах. Для більшості організмів світло необхідне, вони пристосовані до певного режиму освітленості, так званому добовому, або циркадному (<лат. Circa близько + dies день), ритму. Розрізняють три види добової активності: денна (більшість тварин), нічна і цілодобова (у організмів, що живуть в укритих від сонця місцях: личинок комах, деяких видів полівок). Відповідно до добовим ритмом у людини і тварин змінюється секреція гормонів, поділ клітин, частота серцебиття і дихання.
Фотоперіодизм. Навесні в організмах рослин включаються фізіологічні процеси, що призводять до зростання і цвітіння рослин, у птахів прокидаються гніздові інстинкти. З наближенням осені рослини скидають листя, тварини линяють і нагромаджують жир, птиці збиваються в перелітні зграї. Сигналом для всіх цих змін служить тривалість дня, з астрономічною точністю що визначає пору року. Реакцію організмів на тривалість дня називають фотоперіодизмом. Проходження організмів ходу власного біологічного годинника має вирішальне значення для виживання. Погода найчастіше виявляється оманливою: спекотна осінь раптом змінялася заморозками, а тимчасові похолодання можуть статися і влітку, але організми неодмінно слідують календарю.
Фотоперіодичний сигнал у багатьох тварин визначає початок діапаузи – періоду тимчасового фізіологічного спокою в розвитку і розмноженні. Для тварин північних широт характерна зимова діапауза, для південних – літня. У комах навіть при високій температурі із зменшенням тривалості дня настає зимова діапауза.
Якщо сіянці берези штучно освітлювати більше 15 годин на добу, то вони ростуть безперервно, якщо ж тривалість опромінення понизити до 10-12 годин, сіянці скидають листя і переходять у стан зимового спокою навіть в дуже теплому приміщенні. Зміна забарвлення і обпадання осіннього листя не може виявити у дерев прямій залежності від погоди. У європейській частині Росії початок вересня буває теплішим кінця серпня, проте листопад завжди починається у вересні. Багато листопадні дерева середньої смуги – дуб, верба, граб, бук – в південних умовах з довгим зимовим днем не отримують сигналу про наближення осені і стають вічнозеленими. Якщо гусеницю метелика-капусниці містити в умовах довгого дня, то з лялечки швидко виходить метелик, якщо тривалість освітленості скоротити до 14 годин на добу, то гусениця, отримавши Фотоперіодичний сигнал про наближення осені, навіть влітку формує зимуючу лялечку, яка не розкривається багато місяців. Подібним чином у птахів можна викликати перелітні стан.
Один і той же вид в різних широтах по-різному реагує на тривалість дня. Розвиток личинок у метелика стрельчатки щавлевої припиняється в районі Сухумі при довжині дня 14,5 годин, Вітебська – 18, Санкт-Петербурга – 19,5 годин.
Фотоперіодизм у людей виражається в більшій оптимальній тривалості сну взимку (на 1-2 години). Ця різниця збільшується при переміщенні до полюса (т. Е. З подовженням ночі) і практично не залежить від клімату.
Вивчення фотоперіодизму в життєдіяльності організмів дозволило збільшити ефективність використання одомашнених рослин і тварин. При штучному освітленні в теплицях цілорічно вирощуються овочі, квіти, розсада, підвищується несучість на птахофермах.
Біологічний годинник деяких рослин здатні “відраховувати” роки. Передпосівної обробкою холодом удається змістити стрілки біологічного годинника насіння на рік вперед і досягти колосіння озимих при весняному посіві, а цвітіння і плодоношення дворічних рослин – вже в перший рік.
Вологість. Біохімічні реакції в клітинах протікають у водному середовищі. Вода – прекрасний розчинник, вона ідеально пристосована для транспорту поживних речовин і виведення продуктів обміну. Тому регуляція вмісту води в організмах складає їх найважливішу фізіологічну функцію.
Від наявності води в екосистемі залежить характер її флори і фауни. При надлишку води розвиваються вологолюбні рослини (гігрофіти – <грец. Hygros вологий + phyton рослина), а при нестачі – посухостійкі (ксерофіти – <грец. Xeros сухий). Рівень вологості визначає інтенсивність впливу температурного фактора. Якщо вологість занадто низька або висока, температура робить особливо сильний вплив, а при оптимальній вологості організмам легше переносити критичні для них температури.
Для проживання в посушливих умовах організми мають спеціальні пристосування. У засухостійких рослин розвинена коренева система (довжина коренів верблюжої колючки досягає 16 м), вузькі жорсткі листя з густим опушенням і товстим восковим шаром, що перешкоджає випаровуванню. Саксаул в жаркий період втрачає листя, здійснюючи фотосинтез в зелених стеблах; вологолюбні рослини в подібних умовах в’януть і гинуть. Пустельні тварини як джерело вологи запасають жир, при окисленні якого утворюється велика кількість води. Верблюди здатні переносити втрати води, рівні 30% маси тіла.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)