Состав лучистой энергии, достигающей земной
Поверхности в ясный день.
| Видимый свет | 45 % |
| Инфракрасное излучение | 45 % |
| Ультрафиолетовое излучение | 10 % |
Та энергия, которая достигает земной поверхности, вместе с вращением Земли вокруг собственной оси и движением ее вокруг Солнца оказывает влияние на океанические течения, на возникновение основных ветров. Перемещения воздушных и водных масс, в свою очередь, влияют на распределение осадков. Все названные явления в целом определяют климат. Климат есть главный экологический фактор, так как он определяет влажность и температуру среды. От взаимодействия двух последних факторов зависит фотосинтез.
Именно фотосинтез — важнейший, ключевой процесс жизни в биосфере — происходит в присутствии видимого солнечного света. Пигменты хлоропластов поглощают излучение примерно между 380 и 740 нм, поэтому данную область называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР).
В растении радиация действует как источник энергии для фотохимических реакций и как раздражитель, регулирующий развитие. Интенсивность фотосинтеза сказывается на продуктивности экосистем.
Солнечный свет, проходя через плотные облака, ослабляется менее всего, фотосинтез может происходить и в пасмурные дни и под слоем чистой воды некоторой толщины.
Солнечный свет, проходя через воду, приобретает зеленоватый оттенок, так как красная и синяя области спектра отфильтровываются водой. Зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Живущие в море красные водоросли имеют дополнительные пигменты, что дает им возможность использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.
Свет не только определяет фотосинтез. Поступление солнечной энергии на Землю соответствует сезону года и длине суток, следовательно, зависит от географического положения местности. Реагируют ли живые существа на ритмичное наступление светлого и темного периода существования? Да, реагируют, изменяя скорость роста и развитие. В умеренных и полярных широтах распространены длиннодневные растения, ближе к субтропикам — короткодневные.
Фотопериодизм, чередование света и темноты растения воспринимают листьями. Под влиянием продолжительности дня в растениях образуются гормоны, влияющие на цветение, образование клубней, луковиц, корнеплодов.
Фотопериодизм наблюдается и у животных: наступление и прекращение брачного периода, плодовитость, линька, наступление зимней спячки, миграция — все это происходит в организме животного под влиянием фотопериодизма. Так у большинства жвачных животных период размножения наступает во время укороченного дня. Мелкие хищные животные, а также лисицы, разнообразные грызуны размножаются в период, когда дни становятся длиннее,
А если изменить реальные условия фотопериода? Так поступили с гольцом, который обычно размножается осенью. Весной искусственно увеличили длину дня, летом его уменьшили, что создало подобие осенних условий. В результате нерест гольца произошел в июле (рис.3-2).
Околосуточные ритмы — повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 20 до 28 часов могут влиять на поведение целого организма (откладка яиц насекомыми, изменение положения листьев у растений), на отдельные физиологические процессы. Каждый знает, что осенью в средней полосе древесные растения впадают в глубокий покой; в конце зимы, еще до распускания почек, он сменяется вынужденным покоем. В период покоя растения более стойко переносят засуху, высокие или низкие температуры. Животным свойствен период временного физиологического покоя. Фотопериодизм наряду с температурой, влажностью является причиной диапаузы.
В диапаузу снижается уровень обмена веществ, останавливаются процессы формообразования. Для обитателей северных широт характерна зимняя пауза, в районах с теплым и засушливым климатом — летняя. Диапауза у каждого вида живых существ приурочена к определенному периоду жизненного цикла:
· эмбриональная(на стадии яйца)— низшие ракообразные, саранчовые, грызуны, соболь, норка;
· личиночная — двукрылые, пилильщики;
· куколочная— чешуекрылые;
· имигинальная(лат. imago — образ, вид) — взрослая стадия индивидуального развития насекомых и некоторых других членистоногих - жесткокрылые, комары, луговой мотылек.
Диапауза способствует синхронизации жизненного цикла особей с сезонными условиями среды, повышает экологическую пластичность. Замечательно, что в состоянии диапаузы насекомые, клещи становятся
устойчивыми к действию пестицидов, повышается их морозостойкость, стойкость к высыханию.
Свет является важным экологическим фактором, интенсивность которого изменяется по сезонам года и в течение суток. У живых существ развились адаптивные реакции фотопериодизма, циркадных ритмов и др.
Температура -важнейший экологический фактор, который определяется как солнечным, так и тепловым (длинноволновым) излучением. Оно исходит от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля.
Наша задача состоит не в том, чтобы выявить роль отдельных факторов, а в том, чтобы оценить сравнительную важность различных факторов, которые в реальной экосистеме действуют совместно. На суше
важными экологическими факторами являются свет, температура, вода (осадки); в море — свет, температура и соленость.
В пресных водах основную роль могут играть такие факторы, как содержание кислорода. Организмы, входящие в сообщество, так реагируют на эти факторы, что сообщество как бы ослабляет вредные эффекты и достигает максимальной эффективности и наибольшей устойчивости в данных условиях.
Однако хотя мы и будем стремиться выявлять совместное действие факторов, но, как и в предыдущем случае, главное внимание уделим одному — температуре. Этот фактор хорошо изучен, так как температура окружающей среды легко поддается измерению.
Живое существо получает и теряет тепловую энергию различными путями. Большинство живых организмов могут существовать только в интервале температур между 0° и 50°С, так как именно при этих температурах происходит нормальный обмен веществ. Однако самая низкая температура, при которой обнаружены живые существа, составляет -200°С, а самая высокая до +100°С.
Бактерии горячих источников выдерживают температуру до +88°С, цианобактерии (синезеленые водоросли) — около 80°С. Самые устойчивые рыбы и насекомые выдерживают температуру +50°С.
Для каждого вида можно определить температуру:
— гибели от холода;
— гибели от перегрева;
— наименьшую эффективную — самую низкую температуру, при которой организм может оставаться живым;
— наиболее высокую, совместимую с длительной, активной жизнью;
— оцепенения от жары;
— оцепенения от холода;
— оптимальную, которую ищет животное.
Температура сказывается на количестве употребляемой животным пищи. Например, личинка колорадского жука потребляет ежедневно 638 мм2 листьев картофеля при 36°С и только 215 мм2 при 16°С. При температуре -10 —13°С взрослое животное перестает питаться. Наибольшее количество пищи потребляется при температуре +25°С. Температура влияет на плодовитость — при +25°С жук наиболее плодовит.
Примерами эвритермных видов являются бабочка Vanessa cardui, муха Lucilia sercata. Червь Planaria gonocephala выносит температуры от +0,5 до +24 С, устрицы (морские двустворчатые моллюски Ostrei- dae) — от -2 С до +20 С.
Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются более критическими, чем нижние, хотя, по-видимому, многие организмы вблизи верхних пределов диапазона толерантности функционируют более эффективно. Диапазон колебаний температуры в воде обычно меньше, чем на суше, и диапазон толерантности к температуре у водных организмов обычно ниже, чем у соответствующих наземных животных.
Вы, очевидно, уверены, что чем равномернее температура, тем организм чувствует себя лучше. В.Э. Шелфорд (1929) обнаружил, что яйца, личинки и куколки Яблоновой плодожорки в условиях, когда температура колеблется, развиваются на 7 или 8% быстрее, чем при постоянной температуре, равной средней температуре в опыте. Другие опыты подтверждают, что переменные температуры ускоряют развитие организма.
Известны колебания дневной и ночной температур, что особенно необходимо учитывать при выращивании растений (табл.4).
Таблица 4