Абиотические факторы: температура и освещенность

 Классификация экологических факторов

Се­год­ня, мы по­го­во­рим об абио­ти­че­ских фак­то­рах, ко­то­рые дей­ству­ют на живые ор­га­низ­мы в эко­си­сте­мах (схема 1). 

Схема 1. Фак­то­ры среды

Абио­ти­че­ские фак­то­ры – фак­то­ры нежи­вой при­ро­ды.

На­при­мер, тем­пе­ра­ту­ра, влаж­ность и осве­щён­ность.

Био­ти­че­ские фак­то­ры – это фак­то­ры живой при­ро­ды.

На­при­мер, ак­тив­ность хищ­ни­ков или ра­бо­та азот­фик­си­ру­ю­щих бак­те­рий.

Био­ти­че­ские и абио­ти­че­ские фак­то­ры очень тесно свя­за­ны. На­при­мер, раз­рас­та­ние дре­вес­ной формы спо­соб­ству­ет сни­же­нию осве­щен­но­сти.

Ан­тро­по­ген­ные фак­то­ры – яв­ле­ния и про­цес­сы, ко­то­рые опре­де­ля­ют­ся че­ло­ве­че­ской де­я­тель­но­стью.

К важ­ней­шим абио­ти­че­ским фак­то­рам от­но­сят­ся: тем­пе­ра­ту­ра, влаж­ность, осве­щен­ность, хи­ми­че­ский со­став среды.

Температура

Тем­пе­ра­ту­ра опре­де­ля­ет ско­рость био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций в ор­га­низ­ме живых су­ществ.

Ор­га­низ­мы, ко­то­рые могут под­дер­жи­вать по­сто­ян­ную тем­пе­ра­ту­ру тела, на­зы­ва­ют­ся теп­ло­кров­ны­ми. Дру­гие ор­га­низ­мы, тем­пе­ра­ту­ра ко­то­рых за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­щей среды, на­зы­ва­ют­ся хо­лод­но­кров­ны­ми. И пер­вые, и вто­рые могут су­ще­ство­вать толь­ко в опре­де­лен­ных тем­пе­ра­тур­ных рам­ках (рис. 1).

Рис. 1. Теп­ло­кров­ное (со­ба­ка) и хлад­но­кров­ное (ля­гуш­ка) жи­вот­ное

 Психрофилы

Особи и со­об­ще­ства, ко­то­рые су­ще­ству­ют в об­ла­сти низ­ких тем­пе­ра­тур, на­зы­ва­ют­ся пси­хро­фи­ла­ми (любят холод).

К ним от­но­сят­ся со­об­ще­ства тунд­ры, гор­ных вер­шин и льдов, био­це­но­зы Арк­ти­ки и Ан­тарк­ти­ки.  Пси­хро­фи­лы могут жить при от­ри­ца­тель­ной тем­пе­ра­ту­ре и редко су­ще­ству­ют при тем­пе­ра­ту­ре выше +10^оС.

Ор­га­низ­мы, ко­то­рые живут при вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре, на­зы­ва­ют тер­мо­фи­ла­ми (любят тепло). Они встре­ча­ют­ся в эк­ва­то­ри­аль­ных и тро­пи­че­ских лесах, не вы­но­сят охла­жде­ния ниже +10^оС, могут су­ще­ство­вать при тем­пе­ра­ту­ре +40^оС и выше. Экс­тре­маль­ные тер­мо­фи­лы живут при тем­пе­ра­ту­ре более +100^оС.

 Мезофилы

Особи и со­об­ще­ства, пред­по­чи­та­ю­щие сред­ние тем­пе­ра­ту­ры (от +10 до +30^оС), на­зы­ва­ют ме­зо­фи­ла­ми. Мы с вами и мно­гие дру­гие су­ще­ства на Земле – ме­зо­фи­лы.

Жи­вот­ные вы­ра­бо­та­ли при­спо­соб­ле­ния для борь­бы с пе­ре­охла­жде­ни­ем и пе­ре­гре­вом. На­при­мер, с на­ступ­ле­ни­ем зимы рас­те­ния и жи­вот­ные с непо­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­рой тела впа­да­ют в со­сто­я­ние покоя (ана­би­оз).

Ин­тен­сив­ность об­ме­на ве­ществ в ана­би­о­зе умень­ша­ет­ся. При под­го­тов­ке к зиме в тка­нях этих жи­вот­ных за­па­са­ет­ся много жира, уг­ле­во­дов, ко­ли­че­ство воды в клет­ках умень­ша­ет­ся, в ци­то­плаз­ме кле­ток на­кап­ли­ва­ют­ся са­ха­ра и гли­це­рин, пре­пят­ству­ю­щий за­мер­за­нию. Мо­ро­зо­стой­кость зи­му­ю­щих ор­га­низ­мов уве­ли­чи­ва­ет­ся. 

В жар­кое время года, на­о­бо­рот, вклю­ча­ет­ся фи­зио­ло­ги­че­ские ме­ха­низ­мы, за­щи­ща­ю­щие ор­га­низм от пе­ре­гре­ва. У рас­те­ний уве­ли­чи­ва­ет­ся ис­па­ре­ние с по­верх­но­сти и транс­пи­ра­ция воды через устьи­ца, при этом по­верх­ность ли­стьев охла­жда­ет­ся. У жи­вот­ных уве­ли­чи­ва­ет­ся ин­тен­сив­ность ис­па­ре­ния через по­то­вые же­ле­зы.

 Освещенность

Сле­ду­ю­щий важ­ный для живых ор­га­низ­мов фак­тор – осве­щен­ность. На живых су­ществ ока­зы­ва­ет вли­я­ние длина све­то­вой волны вос­при­ни­ма­е­мо­го из­лу­че­ния, дли­тель­ность из­лу­че­ния и ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния.

Осве­ще­ние необ­хо­ди­мо рас­те­ни­ям, по­то­му что от него за­ви­сит све­то­вая фаза про­цес­са фо­то­син­те­за.

У жи­вот­ных осве­щен­ность опре­де­ля­ет спо­соб­ность ви­деть (на свету или в тем­но­те), на­гре­ва­ние по­верх­но­сти тела, ряд важ­ных био­хи­ми­че­ских и фи­зио­ло­ги­че­ских ре­ак­ций, свя­зан­ных с су­точ­ным цик­лом.

Смена свет­ло­го и тем­но­го пе­ри­о­да суток – пе­ри­о­дизм – опре­де­ля­ет су­точ­ную ак­тив­ность жи­вот­ных и рас­те­ний.

В за­ви­си­мо­сти от вре­ме­ни ак­тив­но­сти, вы­де­ля­ют жи­вот­ных с ноч­ным, днев­ным и су­ме­реч­ным об­ра­зом жизни.

По­ми­мо су­точ­ных, есть более круп­ные циклы, на­при­мер се­зон­ные или го­до­вые.

 Классификация организмов по отношению к свету

Сол­неч­ный свет, ко­то­рый по­па­да­ет на Землю можно раз­де­лить на три фрак­ции:

Ви­ди­мый свет – важен при днев­ном об­ра­зе жизни, ре­гу­ли­ру­ет био­хи­ми­че­ские и фи­зио­ло­ги­че­ские про­цес­сы.

Ин­фра­крас­ный свет – опре­де­ля­ет на­грев по­верх­но­сти ор­га­низ­мов.

Уль­тра­фи­о­ле­то­вый свет – опре­де­ля­ет ра­ди­а­ци­он­но-за­ви­си­мые про­цес­сы, уби­ва­ет мик­ро­ор­га­низ­мы, по­вре­жда­ет фер­мент­ные си­сте­мы. 

Как вы ви­де­ли выше, живые су­ще­ства можно раз­де­лить на груп­пы по от­но­ше­нию к свету. Более вы­ра­же­но это раз­де­ле­ние у рас­те­ний. Вы­де­ля­ют три груп­пы видов по от­но­ше­нию к осве­щен­но­сти:

Све­то­лю­би­вые рас­те­ния рас­тут на от­кры­тых про­стран­ствах, в усло­ви­ях из­быт­ка пря­мо­го сол­неч­но­го света.

Те­не­лю­би­вые рас­те­ния пред­по­чи­та­ют те­ни­стые ме­сто­оби­та­ния.

Те­не­вы­нос­ли­вые рас­те­ния живут и в хо­ро­шо, и в слабо осве­щён­ных ме­стах. 

Ко­неч­но­сти птиц, как вы зна­е­те, плохо за­щи­ще­ны от хо­ло­да. Дру­гие теп­ло­кров­ные ор­га­низ­мы не могут себе это поз­во­лить, по­сколь­ку охла­жде­ние крови в ногах, вре­дит внут­рен­ним ор­га­нам, к ко­то­рым по­сту­па­ет охла­жден­ная в ногах кровь. Но птицы при­спо­со­би­лись, с одной сто­ро­ны, не обо­гре­вать ко­неч­но­сти, а с дру­гой со­хра­нять тем­пе­ра­ту­ру крови, омы­ва­ю­щей внут­рен­ние ор­га­ны.

В ногах птиц ар­те­рии и вены кон­так­ти­ру­ют непо­сред­ствен­но, в ре­зуль­та­те теп­лая кровь, со­гре­ва­ясь в ар­те­ри­ях, охла­жда­ет ве­ноз­ную кровь, на­прав­ля­ю­щу­ю­ся к серд­цу. Так как тем­пе­ра­ту­ра крови в ногах и теле от­ли­ча­ет­ся на де­сят­ки гра­ду­сов, то на это не тра­тит­ся до­пол­ни­тель­ная энер­гия.

Жизнь в ки­пят­ке

Из­вест­но, что при тем­пе­ра­ту­ре свыше +60^оС белки де­на­ту­ри­ру­ют и ор­га­низ­мы по­ги­ба­ют. На этом фе­но­мене ос­но­ван про­мыш­лен­ный про­цесс па­сте­ри­за­ции. Но недав­но были об­на­ру­же­ны уни­каль­ные со­об­ще­ства живых су­ществ, жи­ву­щие в же­ло­бах под­вод­ных гей­зе­ров при тем­пе­ра­ту­ре свыше +100^оС (рис. 2). 

Ока­за­лось, что их белки со­хра­ня­ют свою чет­вер­тич­ную струк­ту­ру, то есть не де­на­ту­ри­ру­ют при вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре. Уни­каль­ная по­сле­до­ва­тель­ность таких неде­на­ту­ри­ру­ю­щих бел­ков была вы­ра­бо­та­на на про­тя­же­нии мно­гих веков эво­лю­ции в го­ря­чих ис­точ­ни­ках. 

Рис. 2. Под­вод­ные со­об­ще­ства тер­мо­филь­ных ор­га­низ­мов

Раз­но­цвет­ные во­до­рос­ли

Раз­ли­чие окрас­ки во­до­рос­лей объ­яс­ня­ет­ся их при­спо­соб­лен­но­стью к ис­поль­зо­ва­нию в про­цес­се фо­то­син­те­за света из раз­ных ча­стей све­то­во­го спек­тра.

Спек­траль­ные ком­по­нен­ты про­ни­ка­ют в толщу воды на раз­ную глу­би­ну, крас­ные лучи про­хо­дят толь­ко верх­ние слои, а синие по­па­да­ют зна­чи­тель­но глуб­же. Для функ­ци­о­ни­ро­ва­ния хло­ро­фил­ла, необ­хо­ди­мо из­лу­че­ние крас­ной и синей части спек­тра (рис. 3).

В связи с этим, зе­ле­ные во­до­рос­ли встре­ча­ют­ся обыч­но толь­ко на глу­би­нах в несколь­ко мет­ров.

На­ли­чие пиг­мен­та, осу­ществ­ля­ю­ще­го фо­то­син­тез при жел­то-зе­ле­ном свете, поз­во­ля­ет бурым во­до­рос­лям жить на глу­би­нах до 200 м. 

Пиг­мен­ты крас­ных во­до­рос­лей ис­поль­зу­ют зе­ле­ный и синий свет, по­это­му крас­ные во­до­рос­ли на­се­ля­ют глу­би­ны до 270 м.

Рис. 3. Рас­пре­де­ле­ние во­до­рос­лей в толще воды в связи с на­ли­чи­ем раз­ных фо­то­син­те­ти­че­ских пиг­мен­тов. Зе­ле­ные во­до­рос­ли живут у по­верх­но­сти до 10 м глу­би­ны, бурые – на глу­бине до 200 м, а крас­ные – на глу­бине 270 м и более.

Таким об­ра­зом, вы по­зна­ко­ми­лись с абио­ти­че­ски­ми фак­то­ра­ми среды – тем­пе­ра­ту­рой и осве­щен­но­стью, а также с их зна­че­ни­ем в жизни живых су­ществ.