Экологические факторы окружающей среды и их составляющие

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами  волн от 0,05 до 3000 нм (1 нм = 1×10-9 м) и более. Этот поток можно разделить на несколько областей, различающихся  физическими 

10

свойствами  и экологическим значением для  различных групп организмов. Границы  этих областей приближенно можно  представить следующим образом:

• <150 нм - зона ионизирующей радиации,

• 150 - 400 (390) нм - ультрафиолетовая (УФ) радиация,

• 400 (390) - 800 (760) нм - видимый свет (границы диапазона различаются для разных организмов),

• 800 (760) - 1000 нм - инфракрасная (ИК) радиация,

• >1000 нм - зона т.н. дальней ИК - радиации - мощного фактора теплового режима среды.

Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губительный для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном. Мягкий ультрафиолет с длиной волны  от 290 до 390 нм несет много энергии  и вызывает образование витамина D в коже человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых; эти  лучи в умеренных дозах стимулируют  рост и размножение клеток, повышают содержание витаминов, увеличивают  устойчивость к болезням. Видимый  свет с длиной волны от 390 до 760 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными) и животными  для ориентации. Инфракрасная часть  солнечного спектра (тепловые лучи) с  длиной волны более 750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть  спектра для животных с непостоянной температурой тела - пойкилотермных.

Лучистая  энергия, достигающая земной поверхности  в ясный день, состоит примерно на 10% из ультрафиолетового излучения, на 45%— из видимого света, на 45% —  из инфракрасного излучения. Меньше всего при прохождении через  облака и воду ослабляется видимый  свет. Следовательно, фотосинтез может  идти и в пасмурные день, и под  слоем чистой воды некоторой толщины. Свет необходим всем живым организмам. Но,

11

некоторые организмы  могут развиваться в полной темноте. Например, многие грибы и бактерии.

Особое  значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают  важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение и т.д. На свету происходит образование  хлорофилла и осуществляется процесс  фотосинтеза, т.е. синтез органических веществ из неорганических. Фотосинтезирующая  деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом. Все  организмы зависят в питании  от земных фотосинтезирующих растений. Растения для фотосинтеза используют, в основном, синие и красные  лучи. По отношению к свету их принято делить на светолюбивые (растения степей), теневыносливые (большинство  лесообразующих пород) и теневые (мхи, папоротники).

Движение  Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года. Сезонная ритмичность  в жизнедеятельности организмов определяется, в первую очередь, сокращением  световой части суток осенью и  увеличением весной. Продолжительность  светового дня является важным регулирующим фактором в жизни живых организмов. Сезонные изменения физиологической  активности живых организмов в ответ  на изменение продолжительности  дня и ночи называют фотопериодизмом.

Приспособленность к сезонному изменению продолжительности  светового дня привела к появлению  длиннодневных и короткодневных растений. Длиннодневные зацветают  в начале лета, до осени успевают созреть плоды и семена - это  растения средней полосы и северных зон (z.B. наши злаки - рожь, пшеница, овес), короткодневные (астры, георгины, хризантемы) - растения южного происхождения, где  продолжительность светового дня  около 12 часов, поэтому они у нас  зацветают при коротком дне осенью.

12

Уменьшение  светового дня в конце лета ведет к прекращению роста, стимулирует  отложение запасных питательных  веществ организмом, вызывает у животных осенью линьку, определяет сроки группирования  в стаи, миграции, переход в состояние  покоя и спячки. Увеличение длины  светового дня стимулирует половую  функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки цветения растений.

2. Температура. Тепловой режим – важнейшее условие существования всех живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения зависят от географического положения и являются важными факторами, определяющими климат региона. Климат же определяет наличие и обилие видов животных и растений в данной местности. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов.

По сравнению  с ними пределы, в которых может  существовать жизнь, очень узки - около 300 ⁰С, от -200 ⁰С до +100 ⁰С. На самом деле большинство видов и большая часть активных физиологических процессов приурочены к более узкому диапазону температур.

Как правило, это температуры, при которых  возможно нормальное строение и функционирование белков, - от 0 ⁰С до +50 ^-0С. Однако существуют организмы, обладающие специализированными ферментными системами, что обеспечивает им возможность активного существования при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

Значение  температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических процессов в клетках, и это отражается на жизнедеятельности  организма в целом.

Температурный оптимум для большинства живых  организмов находится в пределах 20-25 ⁰С, и лишь у обитателей жарких сухих районов температурный оптимум жизнедеятельности находится выше 25-28 ⁰С.

13

Изменчивость  температуры является мощным экологическим  фактором среды. Живые организмы  приспосабливаются к различным  температурным условиям; одни могут  жить при постоянной или относительно постоянной температуре, другие лучше  адаптированы к колебаниям температуры.

Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Для растений и эктотермных животных количество тепла, необходимое для  развития, определяется суммой эффективных  температур или суммой тепла. Зная нижний порог развития, легко определить эффективную температуру – по разность наблюдаемой и пороговой  температур. Так, если нижний порог  развития организма равен 10⁰С, а реальная в данный момент температур воздуха 25⁰С, то эффективная температура будет 15 ⁰С (25⁰-10⁰).

Сумму эффективных  температур для каждого вида растений и эктотермных животных, как правило, величина постоянная, притом, если другие условия среды находятся в  оптимуме, отсутствуют осложняющие  факторы. Например, в Северо-западном регионе России цветение мать-и-мачехи начинается при сумме эффективных  температур 77⁰, кислицы – 43,5⁰, земляники – 50⁰, желтой акации – 70⁰. Именно сума эффективных температур, которую нужно набрать для завершения жизненного цикла, нередко является ограничивающим фактором географического распространения видов. Так, северная граница древесной растительности в целом совпадает с июльскими изотермами +10, +12⁰. Севернее уже не хватает тепла для развития деревьев, и зона лесов сменяется безлесыми тундрами.

Живые организмы  в процессе эволюции выработали различные  формы адаптации к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические, поведенческие и  т.д. Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений –  форма их роста. Там, где мало тепла  – в Арктике, в высокогорье, - много  подушковидных растений, много подушковидных  растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм.

14

Стелющиеся  побеги зимуют под снегом и не подвергаются губительном действию низких температур.

У животных морфологические адаптации к  температуре также четко прослеживаются. Под действием температурного фактора  у животных формируются такие  морфологические признаки, как отражательная  способность тела, пуховой, перьевой и шерстяной покровы, жировые  отложения. Большинство насекомых  в Арктике и высоко в горах  имеют темную окраску. Это способствует усиленному поглощению солнечного тепла. Эндотермные животные, обладающие в  холодных областях (полярные медведи, киты и т.д.), имеют, как правило, крупные  размеры, тогда как обитатели  жарких стран (например, многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам. Это явление носит название правило Бергмана. Согласно этому правилу, при продвижении на север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных увеличиваются.

При увеличении размеров уменьшается удельная поверхность, а, следовательно, теплоотдача. Размеры  выступающих частей тела тоже варьируют  в соответствии с температурой среды. У видов, живущих в более холодном климате, различные выступающие  части тела (хвост, уши, конечности) меньше, чем у родственных видов  из более теплых мест. Это явление  известно, как правило, Аллена.

Биохимическая адаптация живых организмов к  температуре проявляется, прежде всего, в изменении биохимического состава  клеток и тканей.

У животных есть разнообразные поведенческие  адаптации к температуре. Они  проявляются в миграциях животных в места с более благоприятными температурами, в изменении сроков активности и т.д. В пустынях, где  днём поверхность может нагреваться до 60-70 С, на раскаленном песке животных почти не увидишь. Насекомые, рептилии и                                                               

 

15

млекопитающие проводят жаркое время, спрятавшись в норы. В глубине почвы температура не так резко колеблется и сравнительно невысокая.

При понижении  температуры большинство животных переходит на питание более калорийной пищей. Белки в теплое время года поедают более 100 видов кормов, зимой  же питаются, главным образом, семенами хвойных, богатых жирами.

Важное  место в преодолении воздействия  низких температур, особенно в зимний период, занимает выбор животными  места для убежищ, утепление жилища, гнёзд.

При всём многообразии приспособлений живых  организмов к воздействию неблагоприятных  температур, выделяют три основных пути: активный, пассивный и избегание  неблагоприятных температурных  воздействий.

Активный  путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность осуществления  жизненных функций организма, несмотря на отклонения от температурного оптимума.

Пассивный путь – это подчинение жизненных  функций организма ходу внешних  температур.

1. Зимняя спячка наблюдается у некоторых грызунов, летучих мышей. При этом резко замедляется интенсивность обмена веществ, уменьшается частота дыхательных движений и частота сердечных сокращений, понижается температура тела.
2. Зимний сон. Осенью животные накапливают большое количество жировых запасов и засыпают на несколько месяцев. При этом не происходит глубокого изменения обмена веществ, животное можно разбудить, например, можно разбудить медведя в берлоге. Такое состояние помогает перенести отсутствие пищи в зимнее время.

 

 

16

3) Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные процессы замедлены до минимума, отсутствуют все видимые признаки жизни.

4) Состояние зимнего покоя. Наблюдается у многолетних растений, направлено на перенесение низких температур. Растения накапливают различные "антифризы", чтобы в цитоплазме клеток не образовались кристаллики льда и не разрушили клеточные структуры.

Избегание неблагоприятных температурных  воздействий – общий способ для  всех организмов. Выработка жизненных  циклов, когда наиболее уязвимые стадии проходят в самые благоприятные  по температурным режимам периоды  года.

Реакция конкретного вида на температуру  не постоянна и может изменяться в зависимости от времени воздействия  температуры окружающей среды и  ряда других условий. Другими словами, организм может приспосабливаться  к изменению температурного режима. Этот процесс называют акклиматизацией. Однако различие между этими терминами  лежит не в месте регистрации  реакции, а в том случае, если организм не может приспособиться к изменению  температурного режима, он погибает.

Экологические факторы воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие  факторов в той или иной мере видоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Например, с повышением влажности воздуха уменьшается интенсивность испарения влаги с поверхности кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность. Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе и у человека.

 

17

1. Влажность как экологический фактор. Группы организмов по отношению к влажности.

2. Соленость.

3. Атмосферный и топографический факторы.

 

2. Биотические факторы

Биота Земли рассматривается как  единственный механизм поддержания  пригодных для жизни условий  окружающей среды в локальных  и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия  биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна.

Главным свойством жизни считается  способность видов к поддержанию  тех условий окружающей среды, которые  пригодны для существования биоты на любом экосистемном уровне, а не способность к непрерывной адаптации к изменяющимся условиям этой среды. Биотическая регуляция окружающей среды возможна в результате скореллированного взаимодействия между организмами и средой, которая подобна скореллированности клеток и органов внутри многоклеточного организма. Работу по обеспечению поддержания окружающей среды выполняют виды с оптимальной, а не с максимальной численностью. Именно они образуют сообщества и составляют земную биоту, обеспечивая стационарность численности особей, регулярность популяционных колебаний видов и предотвращают популяционные взрывы, разрушающие сообщества. Переход любого вида к производству максимального количества потомков, относится к генетическому отклонению от нормы, и они немедленно вытесняются из популяции. Механизм отбора в этом случае – конкурентное взаимодействие однородных сообществ.