2.2. Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов.

2.2.1. Свет.

Свет является одним из важнейших экологических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Основным источником света для Земли является Солнце, излучающее огромное количество энергии, в том числе электромагнитной. Приближённый состав последней по длине волны (, нм) следующий: 48% – инфракрасная ( = 1·10⁶…760); 50% – видимая ( = 760…360); 2% – ультрафиолетовая ( = 360…10) и ионизирующая ( < 10).

Ультрафиолетовое излучение с  < 200 нм губительно для жизни, с  = 250…360 нм – стимулирует у животных образование витамина D, а с  = 200…300 нм губительно для микроорганизмов.

Электромагнитное излучение с  = 380…400 нм обладает высокой фотосинтетической активностью.

Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами как тепло.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет, за счет которого образуется хлорофилл и осуществляется важнейший в жизни биосферы процесс фотосинтеза (образование органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии). Фотосинтез обеспечивает планету органическими веществами и аккумулированной в них солнечной энергией.

В общем балансе энергии Земли солнечная составляет ~ 99,9 %. Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 %, то ~ 19 % её поглощается атмосферой, ~ 34 % отражается в космос и ~ 47 % достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной электромагнитной энергии. Прямая электромагнитная энергия представляет собой спектр излучения с  от 0,1 до 30000 нм. Ультрафиолетовая часть этого спектра составляет 1…5 %, видимая 16…45 %, инфракрасная 49…84 %. Количество рассеянной электромагнитной энергии возрастает с уменьшением высоты стояния Солнца над горизонтом и увеличением мутности атмосферы. Спектральный состав электромагнитного излучения безоблачного неба характеризуется максимальной энергией с  = 400…480 нм.

Из спектра ультрафиолетового излучения до поверхности Земли доходит только длинноволновая часть с  = 290…380 нм, а его коротковолновая составляющая, губительная для всего живого, практически полностью поглощается озоном стратосферы на высоте 20…25 км. Длинноволновая часть спектра ультрафиолетового излучения обладает большой энергией фотонов, что обусловливает его высокую фотохимическую активность. Большие дозы этого излучения вредны для организмов, а небольшие необходимы многим из них. В диапазоне  = 250…300 нм ультрафиолетовое излучение обладает мощным бактерицидным действием, способствует образованию у животных антирахитичного витамина D, а при  = 200…380 нм инициирует «загар» кожного покрова человека, что является защитной реакцией организма. Инфракрасное электромагнитное излучение с  > 750 нм оказывает тепловое воздействие на организмы.

С областью видимой электромагнитной энергии, воспринимаемой глазом человека, практически совпадает физиологически активная электромагнитная энергия ( = 300…800 нм), в пределах которой находится фотосинтетически активный диапазон  = 380…710 нм. Область физиологически активной электромагнитной энергии принято делить на ряд зон: ультрафиолетовую (УФ) –  < 400 нм; сине-фиолетовуую (С-Ф) –  = 400…500 нм; жёлто-зелёную (Ж-З) –  = 500…600 нм; оранжево-красную (О-К) –  = 600…700 нм и дальнюю красную (ДК) –  > 700 нм.

Из всего потока фотосинтетически активной электромагнитной энергии, достигающей земной поверхности, около 0,2 % кумулируется растениями, благодаря уникальной реакции фотосинтеза по схеме

CO₂ + H₂O + солн. энергия ^{хлорофилл} CH₂O + O₂

Скорость фотосинтеза зависит от вида растения, интенсивности света, температуры, концентрации СО₂ и других факторов. Например, в средней полосе России у большинства сельскохозяйственных (сх) растений скорость фотосинтеза достигает 20 мг СО₂ на 1 дм² листовой поверхности в час.

Фотосинтез практически не происходит в желто-зелёной части спектра видимого излучения.

В целом свет влияет на: скорость роста и развития растений; интенсивность фотосинтеза; активность животных; изменение влажности и температуры среды; суточные и сезонные биоциклы, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси и движением вокруг Солнца.

На жизнедеятельность организмов влияет также световой режим – совокупность освещенности (лк, Вт/м²), количества света (суммарное количество электромагнитной энергии) и качества света (спектральный состав). Световой режим зависит от широты местности, рельефа, мутности атмосферы, подстилающей поверхности, облачности и других факторов.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые (светолюбы), тенелюбивые (тенелюбы), теневыносливые.

Световые виды (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и образуют разреженный и невысокий растительный покров (например, подсолнечник).

Теневые виды (сциофиты) растут под пологом леса в постоянной тени (например, лесные травы).

Теневыносливые виды (факультативные гелиофиты) могут расти как при хорошем освещении, так и в условиях затенения (большинство растений лесов).

Изменение специфичности светового режима в первых двух группах ведет к угнетению их жизнедеятельности вплоть до гибели.

Свет является важнейшим средством ориентации животных. У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов: положительного (перемещение в сторону большей освещенности) и отрицательного (перемещение в сторону меньшей освещенности).

Среди животных различают ночные и сумеречные виды, а также живущих в постоянной темноте. Последние не выносят солнечного света (почвенные, пещерные, глубоководные, внутренние паразиты животных и растений). Начиная с кишечно-полостных видов, у животных развиваются светочувствительные органы – глаза.

Световой режим оказывает влияние на географическое распространение животных.

Определенную роль в жизнедеятельности животных имеет биолюминесценция – способность организмов светиться. Происходит это в результате окисления органических веществ – люциферинов в ответ на раздражения, поступающие из окружающей среды. Биолюминесценция имеет сигнальное значение в жизни животных, например, для привлечения особей противоположного пола в ночное и сумеречное время у жуков – светляков.

Таким образом, растениям свет необходим в основном для фотосинтеза, а животным в основном для получения информации об окружающей их среде.