1.2. Климатические факторы среды

1. Свет. Солнечная радиация. Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы.

2. значение интенсивности света. Экологические группы растений по отношению к свету.

3. Фотопериодизм. Свет и поведение животных.

4. Температура. Температурные границы существования видов.

5. Пойкилотермные организмы. Эффективные температуры их развития. Гомойотермные и гетеротермные животные. Терморегуляция животных.

6. Влажность. Адаптации организмов к водному режиму наземно-воздушной среды.

7. Газовый состав воздуха и его влияние на организмы.

8. Ветер, давление воздуха и их влияние на организмы.

9. Совокупность действия климатических факторов. Суточная, сезонная и многолетняя ритмика в жизни организмов.

Начиная изучение данной темы, следует сосредоточить внимание на том, что все разнообразие проявлений жизни на Земле сопровождается превращениями энергии, получаемой в виде света и уравновешиваемой тепловым излучением с поверхности Земли. Экология, по сути дела, « изучает связь между светом и экологическими системами и способы превращения энергии внутри систем».

Лучистая энергия, достигающая земной поверхности в ясный день, примерно на 10% состоит из ультрафиолетового излучения (длина волны менее 0,4мкм), на 45% - из видимого света (длина волны 0,4 – 0,76 мкм) и на 45% - из инфракрасного излучения (длина волны от 0,75мкм до 10-3 м). Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, а в процессе фотосинтеза наиболее важную роль играют оранжево-красные и ультрафиолетовые лучи.

Для экологии важны как качественные характеристики света (длина волны или свет), так и интенсивность (действующая энергия), а также продолжительность воздействия (длина дня).

Интенсивность света управляет всей экосистемой, влияя на первичную продуктивность. У наземных и водных растений фотосинтез связан с интенсивностью света линейной зависимостью до оптимального уровня светового насыщения, за которым во многих случаях следует падение фотосинтеза при очень сильных интенсивностях света.

По требованию к условиям освещения растения принято делить на следующие экологические группы: 1) светолюбивые, или гелиофиты; 2) тенелюбивые, или сциофиты; 3) теневыносливые, или факультативные гелиофиты.

Реакция организмов на сезонные изменения длины дня получила название фотопериодизма. Различают два типа фотопериодической реакции: короткодневный и длиннодневный.

У длиннодневных растений и животных увеличивающиеся весенний и равнолетний дни стимулируют ростовые процессы и подготовку к размноже-нию. Укорачивающиеся дни второй половины лета и осени вызывают торможение роста и подготовку к зиме. Особенно чувствительны к фотопериоду короткодневные растения. Необходимо отметить, что фотопериодизм растений и животных – наследственно закрепленное, генетически обусловленное свойство.

Хотя для животных солнечный свет не является таким необходимым фактором, как для зеленых растений, тем не менее и в жизни животных световая часть спектра играет важную роль. Выделяют виды светолюбивые (фотофилы) и тенелюбивые (фотофобы); эврифотные и стенофотные. Среди них различают также животных дневных, ночных и сумеречных.

Температура организмов и, следовательно, скорость их химических реакций, составляющих обмен веществ, зависят от температуры окружающей среды. Поэтому границы существования жизни – это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 до +500С. Однако ряд организмов за счет специализированных ферментных систем приспособлены к активному существованию при температуре тела, выходящей за указанные пределы. Виды, предпочитающие холод, относят к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре клеток до -8…-100С. Виды, оптимум жизнедеятельности которых приурочен к области высоких температур, относят к группе термофилов. Термофилией отличаются, например, споры некоторых бактерий, которые выдерживают в течение нескольких минут нагревание до +1800С.

В ходе эволюции у живых организмов выработались разнообразные приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменениях температуры окружающей среды. Это достигается двумя путями: 1) различными биохимическими и физиологическими перестройками; 2) поддержанием температуры тела на более стабильном уровне, чем температура окружающей среды. Источником теплообразования в клетках являются два экзотермических процесса: окислительные реакции и расщепление АТФ.

У большинства видов жизнедеятельность и активность зависят прежде всего от тепла, поступающего извне, а температура тела – от хода внешних температур. Такие организмы называют пойкилотермными. К ним относятся все микроорганизмы, растения, беспозвоночные и значительная часть хордовых животных.

Гомойотермные животные способны поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры среды. Гомойо-термия характерна для птиц и млекопитающих. Частный случай гомойотермии – гетеротермия – свойственен животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение.

Для осуществления генетической программы развития пойкилотермным организмам необходимо получить извне необходимое количество тепла, измерчемого суммой эффективных температур. Под эффективной температурой понимают разницу между температурой среды и температурным порогом развития организмов. Сумму эффективных температур рассчитывают по формуле:

X = (T - C) * t

Где Х – сумма эффективных температур, Т – температура окружающей среды, С – температура порога развития, t – число часов или дней с температурой превышающей порог развития. Основные пути адаптации к температурным изменениям среды у растений – это биохимические физиологические и некоторые морфологические перестройки. По степени приспособления растений к условиям крайнего дефицита тепла выделяют три группы: 1) нехолодостойкие; 2) неморозостойкие; 3) льдоустойчивые или морозоустойчивые.

По степени адаптации к высоким температурам можно выделить следующие группы организмов: 1) нежаростойкие; 2) жаровыносливые эукариоты; 3) жароустойчивые прокариоты.

Основные пути температурных адаптаций у животных следующие: 1) химическая терморегуляция; 2) физическая терморегуляция; 3) поведение организмов.

Говоря о влажности среды, необходимо подчеркнуть, что вся эволюция организмов шла под знаком приспособления к добыванию и сохранению влаги. Режимы влажности на суше очень разнообразны, что привело к развитию у наземных организмов множества адаптаций к различным режимам водообеспечения.

Адаптация растений к поддержанию водного баланса проходила через процесс регулирования поглощения воды из субстрата. Низшие наземные растения поглощают влагу всей поверхностью, мохообразные (среди выс-ших) – ризоидами, большинство высших – корнями. По типу ветвления различают корневые системы экстенсивные (охватывающие большой объем почвы), интенсивные (охватывающие небольшой объем почвы).

Поступившая в растение вода расходуется на жизненные процессы: в среднем 0,5% ее идет на фотосинтез, а остальная – на восполнение испарения и поддержание тургора.

По приспособлениям к кратковременным колебаниям водоснабжения и испарения различают пойкилогидрические и гомойогидрические виды наземных растений.

По отношению к воде растения разделяют на следующие экологические группы: гидратофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты, суккуленты, склерофиты, стипаксерофиты. Кроме названных выделяют еще ряд смешанных или промежуточных типов.

Животные получают воду тремя основными путями: через питье, вместе с сочной пищей и в результате метаболизма. Среди ряда групп животных выделяют влаголюбивые и сухолюбивые, т.е. гигрофилы и ксерофилы. Промежуточную группу составляют мезофиллы.

Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их разделяют на поведенческие, морфологические и физиологиче-ские.

Газовый состав воздуха в приземном слое атмосферы довольно однороден в отношении содержания главных компонентов (азот – 78,1 %, кислород – 21,0, аргон – 0,9, углекислый газ – 0,03% по объему). Указанные концентрации кислорода и углекислого газа являются, по мнению Ю. Одума, до какой-то степени лимитирующими для многих высших растений. У животных способность приспосабливаться к пониженному содержанию кислорода сопряжена с увеличением содержания гемоглобина в крови, у растений – с повышением содержания хлорофилла в тканях.

Основной источник физического и химического загрязнения атмосферы – антропогенный.

Ветер играет существенную роль в распространении семян и плодов, спор растений и покоящихся зачатков животных. Он также оказывает формообразующее влияние на растения и играет существенную роль в безлесье тундр. На скорость ветра большое влияние оказывают лесные сообщества.

Давление воздуха на суше в норме равно 1, 01325*105 Па (760 мм рт. ст.). снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности ки-слородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Этот фактор ограничивает также распространение в горы высших растений.

На суше экологически важным климатическим фактором среды являются свет, температура и вода (осадки). Поскольку все организмы, кроме почвенных и пещерных, испытывают на себе в течение суток изменение интенсивности совокупности климатических факторов, то в активности основной части популяций наблюдается периодичность, прямо или косвенно связанная с этими изменениями. Суточная периодичность относится к явлениям, которые повторяются с интервалами в 24 часа. Почти для всех сообществ характерна сезонная периодичность. Причем, по Ю. Одуму, периодичности сообществ больше соответствует деление года на шесть времен: время спячки (зима), начало пробуждения (ранняя весна), пробуждение (поздняя весна), летняя спячка (раннее лето), окончание сезона активности (позднее лето) и осень.

Многолетняя изменчивость зависит от изменения по годам метеорологических условий. Кроме того, она может быть связана с особенностями жизненного цикла растений-эдификаторов, с повторением массовых размножений животных или патогенных для растений микроорганизмов и т.д. Но в основном многолетние изменения в составе ценозов имеют тенденцию к повторению вслед за периодическими локальными изменениями климата, которые связаны с особенностями общей циркуляции атмосферы, обусловленными усилением и ослаблением солнечной активности.

Литература по теме

1. Воронов А.Г. Биогеография с основами экологии / А. Г. Воронов, Н. Н. Дроздов, Д. А. Криволуцкий, Е. Г. Мяло. Учебник для вузов М.: Издательство МГУ, 1999. – 392 с.

2. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир,1975. С. 153-166, 151,202.

3. Радкевич В. А. Экология : Учебник для биологических специальностей вузов / В. А. Радкевич . – 3-е изд.,перераб.и доп . – Мн. : Вышэйшая школа, 1997 . – 159 с.

4. Чернова Н. М., Былова А.М. Общая экология / М.: Дрофа, 2007. – 408 с.