Значение физических и химических факторов среды в жизни организма

Свет — один из основных экологических факторов. При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19 % поглощается облаками, водяными парами и т.д., 34 % отражается обратно в космос, 47 % достигает земной поверхности, из них 24 % — прямая радиация и 23 % — отраженные лучи.

В спектре солнечного света выделяют области, различные по сво­ему биологическому действию. Ультрафиолетовые лучи в неболь­ших дозах необходимы живым организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина D и т.д.), в боль­ших дозах губительны из-за способности вызывать мутации. Значи­тельная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем. Видимые лучи — основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза. Инфракрасные лучи — основной источник тепло­вой энергии. Для растений солнечный свет необходим, прежде всего, как источ­ник энергии для фотосинтеза. По отношению к условиям освещенно­сти растения делят на следующие экологические группы. Гелиофиты (светолюбивые) — растения, обитающие в условиях хорошего осве­щения. Они имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, значи­тельное количество пигментов в листьях и др. Сциофиты (тенелю­бивые) — растения, плохо переносящие прямые солнечные лучи. Для них характерны крупные, тонкие листья, расположенные горизонталь­но, с меньшим количеством устьиц. Факультативные гелиофиты (теневыносливые) — растения, способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения. Имеют переходные черты. Для животных свет — это условие ориентации. Животные бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни. По отношению к продолжительности дня организмы (в основном растения) делят на короткодневные (обитатели низких широт) и длиннодневные (обитатели умеренных и высоких широт). Реакция орга­низмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Это очень важное приспособление, регулирующее сезонные явления у организмов. Изменение длины дня тесно связано с годовым ходом температуры, но в отличие от последней не подвержено случайным колебаниям. Фотопериодизм обусловливает такие сезонные явления как листопад, перелеты птиц и т.п.

Температура — один из основных ограничивающих экологических факторов. От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная летальные температуры, за пределами которой вид смертельно поражают жара или холод. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до +50°С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является 120— 140°С (близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним — минус 190—273°С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

По отношению к температуре организмы делят на криофилов (обитающих в условиях низких температур) и термофилов (обитающих в условиях высоких температур). Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ). В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом балансе, живые организмы делят на пойкилотермных и гомойотермных. Пойкилотермные организмы — организмы с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температу­ры внешней среды. К ним относятся микроорганизмы, растения, бес­позвоночные и низшие позвоночные животные. Температура их тела обычно на 1—2°С выше температуры окружающей среды или равна ей. Гомойотермные организмы — организмы, способные поддерживать внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Это птицы и млекпитающие. Если речь идет только о животных, то их еще называют холоднокровными и теплокровными соответственно. Среди гомойотермных организмов выделяют группу гетеротермных организмов — организмов, у которых периоды сохранения постоянно высокой тем­пературы тела сменяются периодами ее понижения при впадении в спячку в неблагоприятный период года (суслики, сурки, ежи, летучие мыши и др.). У живых организмов различают три механизма терморегуляции. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения величины теплопродукции за счет изменения интенсивности обмена ве­ществ. Физическая терморегуляция связана с изменением величины теплоотдачи. Этологическая (или поведенческая) терморегуляция заключается в избегании условий с неблагоприятными температурами.

Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нор­мальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95 % всей воды клетки) и связанной (4—5 % связаны с белками). Наиболее важные функции и свойства воды следующие.

1. Вода как растворитель является лучшим из известных раство­рителей, в ней растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Многие химические реакции в клетке являются ионными, поэтому протекают только в водной среде.

2. Вода как реагент участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.

3. Вода как термостабилизатор и терморегулятор. Эта функция обусловлена такими свойствами воды, как высокая теплоемкость — смягчает влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде; высокая теплопроводность — позволяет орга­низму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме; высокая теплота испарения — используется для охлаждения организма при потоотделении у млекопитающих и транспирации у растений.

4. Транспортная функция воды осуществляется при передвиже­нии по организму вместе с водой растворенных в ней веществ к раз­личным его частям и выведение ненужных продуктов из организма.

5. Структурная функция состоит в том, что цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды, и именно она придает клеткам их нор­мальную форму. У растений вода поддерживает тургор (упругость эндоплазматической мембраны), у некоторых животных служит гидростатическим скелетом (медузы).

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа).

В частности среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.

Гигрофиты — растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, в частности, относятся водные растения — гидрофиты и гидатофиты.

Гидатофиты — водные растения, целиком или большей своей частью погруженные в воду (например, рдест, кувшинка).

Гидрофиты — водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними частями (например, тростник).

Ксерофиты — растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. К ним относятся суккуленты и склерофиты.

Суккуленты — ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань.

Склерофиты — ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул)

Мезофиты — растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.

Дата добавления: 2014-10-15