Как экологический фактор свет имеет огромнейшее значение, так как он является источником энергии для фотосинтеза (табл. 2.1).
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 % – отраженные лучи.
Таблица 2.1 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 Д, обмен Са и Р |
Большая часть доходит до поверхности Земли, в воде проникает на глубину 65м |
|
|
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 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 0,57мг/л. При повышении его концентрации до 10 % фотосинтез усиливается, но лишь до известных пределов, при повышении концентрации СО2 свыше 10 % фотосинтез замедляется.
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. МаммБ. и МиллерД. 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.