Головна |
Температурні умови - один з найважливіших, постійно діючих екологічних факторів, що впливає на інтенсивність обмінних процесів організмів. Коливання температури бувають географічними, сезонними і добовими. Амплітуда перепадів температури у екватора може становити 6 ?С, а на північному сході Євразії - 100 ?С. Температурні умови в грунті і океанічної середовищі значно м'якше. Мінімальна температура вод поблизу полюсів -1,8 ?С. Верхня межа характерний для термальних джерел ? 140 ?С.
Головна закономірність взаємодії температури на організм описана правилом Вант-Гоффа - Підвищення температури веде до пропорційного зростання швидкості реакції:
Q10 = Kt + ,
де Q - температурне прискорення реакції; 10 - підвищення температури на 10 ° С; Kt - Швидкість реакції при температурі t.
У живих системах працюють ферменти, а їм потрібна не висока, а оптимальна температура, тому правило Вант-Гоффа вірно до певного порогу. Температурні пороги життя визначаються температурою згортання білків приблизно рівною +60 ?С, але у багатьох тварин білки згортаються при температурі, яка дорівнює + (42 - 43) ?С , А у рослин - (+50 - 60) ?С. Холодова загибель у рослин настає при утворенні в клітинах кристалів льоду. Для теплокровних тварин критична температура тіла 19 - 20 ?С.
За особливостями теплообміну виділяють дві екологічні групи організмів: пойкілотермні і Гомойотермниє.
пойкілотермні організми - Все організми, крім птахів і ссавців. У них через відносно низького рівня обміну речовин, головним джерелом розігріву є зовнішнє тепло - температура середовища і сонячна радіація. Від них, в цілому, і залежить активність пойкілотермних. Внаслідок цього тваринам вигідні більші розміри, так як охолодження відбувається повільніше. Також температура дуже впливає на розвиток цих організмів, наприклад при 2 ?С розвиток ікри форелі йде 205 днів, а при 10 ?С - 41 день.
При подальшому зниженні температури пойкілотермні тварини переходять в стан заціпеніння, оскільки швидкість метаболізму у них різко знижується. Ця важлива адаптивна реакція холоднокровних. При зниженні температури, щоб кристали льоду не зруйнували клітинні мембрани, багато з пойкілотермних накопичують в тілі «антифризи» (риби - глікопротеїди, комахи - гліцерин, глікоген, цукру), і максимально обезвоживаются. У деяких холоднокровних спостерігаються елементи терморегуляції (комахи і риби використовують тепло розігріває при русі м'язів). Інші демонструють елементи адаптивного поведінки, постійно переміщаючись в пошуках найбільш освітлених ділянок (деякі плазуни).
Пристосування до змін температури зовнішнього середовища у гомойотермних організмів засноване на складній системі фізіологічних процесів підтримки теплового гомеостазу. Завдяки високому рівню обміну речовин процеси в організмі протікають завжди при оптимальній температурі, організм сам розігріває себе за рахунок власної теплопродукції. У птахів постійна норма температури тіла +41 ?С, з коливаннями у різних видів + (38 - 43,5) ?С (добові коливання 2 - 4 ?С). У ссавців температура тіла нижче, у нижчих + (30 - 33) ?С, у гризунів + (35 - 39,5) ?С, в середньому + (36 - 37) ?С (Добові коливання 3 - 5 ?С).
Терморегуляція включає в себе наступні процеси:
1) хімічну терморегуляцію. Чим холодніше середовище, тим більше віддача тепла за рахунок інтенсифікації процесів окислення в результаті тонічного скорочення м'язів (холодова тремтіння). Деякі ссавці (наприклад, ведмеді) накопичують бурий жир, який окислюючись виділяє багато тепла;
2) фізичну терморегуляцію. Головне пристосування - наявність термоізоляційних покривів (пір'я, волосся, підшкірного жиру). Покрови не визначають теплокровних, але допомагають зберегти тепло в організмі. Також важливо в терморегуляції ссавців випаровування рідини потовими залозами. Випаровування вологи з поверхні слизової оболонки ротової порожнини, характерно для ссавців і для птахів, які поєднують це з горловий тремтінням;
3) пристосувальне поводження. Направлено на більш економне витрачання енергії на терморегуляцію. Це, перш за все, вибір місць, захищених від вітру і зі згладженими добовими перепадами температури. Наприклад, рябчики на ніч зариваються в сніг, де температура вище на 15 - 18 ?С. Багато видів споруджують нори, гнізда, дупла і використовують їх мікроклімат, зменшуючи напруженість теплообміну.
Серед гомойотермних тварин виділяють гетеротермних, Здатних до впадання в стан заціпеніння, зовні схоже на холодових заціпенінням пойкілотермних тварин. Така здатність називається оборотної гіпотермією. У стрижів, ластівок, багатьох гризунів проявляється нерегулярне заціпеніння, прямо пов'язане з різкими похолоданнями. У колібрі і кажанів спостерігаються добові цикли заціпеніння. У гризунів, рукокрилих, комахоїдних спостерігаються сезонні цикли заціпеніння - зимова сплячка. Розігрів при виході зі сплячки відбувається за допомогою бурого жиру. Біологічне значення оборотної гіпотермії завжди одне - пристосування до несприятливих умов середовища.
СВІТЛО
Як екологічний фактор світло має величезне значення, так як він є джерелом енергії для фотосинтезу (табл. 1).
При проходженні сонячної радіації через атмосферу близько 19% поглинається хмарами, 34% відбивається назад в космос, 47% досягає поверхні Землі, з них 24% - пряма радіація і 23% - розсіяна радіація.
У рослинах світло виступає як джерело енергії для пігментного системи (хлорофілу і його аналогів). Загальна формула фотосинтезу:
Світловим випромінюванням того ж діапазону (400 - 700 нм) активізуються зорові пігменти тварин (родопсин, йодопсин і ін).
На рівень фотосинтезу, крім світла, також впливають температура, наявність СО2 і Про2, А також вміст хлорофілу, будова листа, концентрація ферментів. Нижня межа фотосинтезу від -7 ?С верхня межа - на 10 ?С нижче точки теплової смерті. Норма вмісту СО2 в атмосфері становить 0,57 мг / л. При підвищенні його концентрації до 10% фотосинтез посилюється, але лише до певних меж, при підвищенні концентрації СО2 понад 10% фотосинтез сповільнюється.
Таблиця 1. Вплив сонячного випромінювання на живі системи.
Спектр сонячного випромінювання | Вплив сонячного випромінювання | ||
Дія | Особливості | ||
Іонізуюче випромінювання <150 нм | мутагенний ефект | В основному відбивається озоновим екраном | |
Ультрафіолетове (УФ) ізлученіе150 - 400 нм (5 - 10% сумарної радіації) | УФ-С150 - 280 нм | Активно абсорбується шкірою | Майже повністю поглинається озоновим екраном |
УФ-В280 - 320 нм | Канцерогенний ефект через вплив на ДНК | Здатний активувати мікроорганізми і пригнічувати імунітет до них. Велика частина також поглинається озоновим екраном | |
УФ-А320 - 400 нм | Стимулює клітинний синтез, синтез вітаміну D, обмін Са і Р | Велика частина сягає поверхні Землі, в воді проникає на глибину 65 м | |
Видиме світло 400 - 800 нм (40 - 50% сумарної радіації) | Необхідний для орієнтування тварин в навколишньому средеІсточнік енергії для фотосинтезу (від 400 до 700 нм) Регулятор біологічних ритмів живих організмів | Дуже красивий | |
Інфрачервоне ізлученіе800 - 1000 нм | Визначає активність пойкілотермних організмовФактор, що обумовлює зміни температури середовища, основне джерело теплової енергії | - |
Протягом всієї еволюції живого організмам доводилося адаптуватися до ритмічно мінливих умов середовища (зміні часу доби, пори року). Ритмічність прояву життєдіяльності властива всім живим істотам, в її основі лежать специфічні біохімічні і фізіологічні реакції. За сучасними уявленнями в основі біоритмів лежить ендогенна (внутрішня) програма, яка реалізується через систему «гіпоталамус - гіпофіз ». Вона синхронізує зміна життєдіяльності зі зміною стану навколишнього середовища. Основне синхронізуючий значення має зміна світлового режиму - фотопериодическими регуляція.
У тварин існують добові ритми активності (денні, нічні і сутінкові тварини), у рослин з часом доби пов'язано розкриття і закриття квіток. Добові ритми дуже видоспецифічність. Загальний характер активності тварин визначається типом харчування, взаємовідносинами з хижаками і конкурентами, добовими змінами абіотичних факторів. Сигналом до зміни активності є режим освітлення (пробуджує яскравість). Протягом доби може бути один або два піки активності тваринного (наприклад, активність горобиних в період розмноження спостерігається вранці і ввечері).
циркадні ритми - Генетично закріплені внутрішні ритми з періодом близько 24 год. Ці ритми були виявлені під час досліду з рослинами: рослина, яке складало листя на ніч було поміщено на світло протягом 24 годин, воно продовжувало складати листя на «ніч» і розправляти їх «вранці» . Природа добових ритмів також, мабуть, ендогенної. У людини відміну «сов» від «жайворонків» також визначається цілодобовий ендогенних ритмом виходу адреналіну в кров. Мамма Б. і Міллер Д. експериментально виявили гени, відповідальні за успадкування біоритмів.
Сезонні ритми - зміна життєдіяльності організму при сезонної зміні кліматичних режимів. У рослин з цими ритмами пов'язане утворення насіння, накопичення поживних речовин. У тварин з ними пов'язані розмноження, линяння, сплячка, міграції та інше. Чітко встановлена ??ендогенна генетична природа цих ритмів, хоча не можна взагалі виділити чисто ендо- та екзогенні ритми. Характер внутрішніх ритмів часто дуже істотно змінюється під впливом зовнішніх факторів.
Цірканние ритми - Ендогенні біологічні ритми з окологодовой періодичністю. Як і циркадні ритми - це власний біологічний годинник організму. Досліди показали, що внутрішні ритми завжди трохи менше астрономічних (22,5 годин проти 24 годин і приблизно 340 діб проти 365). Вони постійно звіряються зі зміною умов середовища, особливо зі зміною освітленості - фотопериодизмом. Фізіологією цих ритмів управляє та ж гіпоталамо-гіпофізарна система.
Стосовно до умов освітлення живі організми діляться на екологічні групи:
- рослини
- облігатні геліофітів (Узкоспеціфічние світлолюбні);
- облігатні сциофіти (Узкоспеціфічние тіньолюбиві);
- факультативні геліофітів (Тіньовитривалі);
- тварини:
- денні;
- нічні;
- сутінкові.
Д. І. ГРІЦКЕВИЧ | ЕКОЛОГІЯ | ВСТУП | РОЗВИТОК ЕКОЛОГІЧНИХ вистав | ВИЗНАЧЕННЯ ЕКОЛОГІЇ, СИСТЕМА ЕКОЛОГІЧНИХ НАУК | загальні методи | частнонаучние методи | ПОНЯТТЯ І ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО, КЛАСИФІКАЦІЯ живих організмів | Співвідношення Основних понять популяційної екології | Статичними показниками ПОПУЛЯЦІЇ |