§ 21. Абиотические факторы

Вопрос. Рассмотрите рисунки 116–122. Какие условия неживой природы воздействуют на изображенные организмы? Вспомните из курса физики, что такое свет, температура и влажность.

Ответ. На живые организмы существенное влияние оказывают свет, температура, влажность.

Свет – в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400 нм (750—790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы – участок 760—780 нм (385—395 ТГц).

В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение, то есть такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения.

Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.

Температура (от лат. temperatura – надлежащее смешение, нормальное состояние) – физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.

Живые существа способны воспринимать ощущения тепла и холода непосредственно, с помощью органов чувств. Однако точное определение температуры требует, чтобы температура измерялась объективно, с помощью приборов. Такие приборы называются термометрами и измеряют так называемую эмпирическую температуру.

Влажность – показатель содержания воды в телах или средах.

Вопрос 1. Какие факторы называют абиотическими? Приведите их примеры.

Ответ. Абиотические факторы – это условия неживой природы (свет, температура, влажность, давление и др.), оказывающие воздействие на организмы, что обусловливает их распространение в среде обитания.

Вопрос 2. Какую роль в жизни организмов играет свет?

Ответ. Свет служит источником энергии для фотосинтеза, поддержания теплового баланса, водного обмена и условием ориентировки организмов в пространстве. Основной источник света – Солнце. Солнечная радиация различается интенсивностью и качеством: ультрафиолетовые лучи, видимый спектр, инфракрасные лучи. Различные участки спектра неравнозначны по биологическому действию. Коротковолновые ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого и задерживаются озоновым экраном. Небольшое количество длинноволновых ультрафиолетовых лучей используется животными для образования витамина D. Видимая часть спектра поглощается фотосинтезирующими растениями, а также служит условием для ориентировки дневных животных в пространстве. Инфракрасные лучи вызывают нагревание тел организмов, усиливают теплообмен и увеличивают испарение.

Вопрос 3. Что такое фотопериодизм?

Ответ. Фотопериодизм. (от греч. photos – свет и periodos – круговращение) – реакция организмов на сезонные изменения длины дня и ночи, проявляющаяся в колебании интенсивности и характера физиологических процессов. Например, растения реагируют на сезонные изменения длины дня и ночи ростом и сменой фаз развития (распускание почек, цветение, плодоношение, листопад и др.). Длиннодневным растениям для цветения и плодоношения требуется освещенность не менее 12 ч в сутки, а короткодневным – необходим такой же темный период. Животные также обладают фотопериодизмом, что проявляется в различных сезонных явлениях их жизни, например прилетах и отлетах птиц, гнездовании, линьке, впадении в спячку.

Вопрос 4. Какое воздействие оказывает температура на организмы? В чем проявляются приспособления растений и животных к высоким и низким температурам?

Ответ. Влияет на скорость происходящих в телах организмов реакций метаболизма. У большинства организмов эти реакции осуществляются в пределах от 0° до +50 °С. При более низких или более высоких температурах метаболизм прекращается из-за нарушения работы ферментов.

Выше зоны оптимальной температуры находится зона временного теплового оцепенения организма, а за ней – зона продолжительной бездеятельности или летней спячки. Ниже зоны оптимальной температуры находятся зоны холодового оцепенения, зимней бездеятельности или спячки. Зимостойкие растения осенью сбрасывают листья, а их почки защищены почечными чешуями. Морозоустойчивость проявляется на уровне клеток и тканей растений в их способности переносить действие отрицательных температур. Благодаря накоплению в клетках углеводов, образование льда происходит при более низкой температуре. Состояние покоя характеризуется прекращением роста и снижением процессов жизнедеятельности. Однолетние растения проходят это состояние на стадии семени. У многолетних растений в клетках образуются особые вещества, прекращающие рост в искусственно созданных благоприятных условиях или во время оттепелей.

Температурные приспособления животных не менее разнообразны, чем у растений. Химическая терморегуляция изменяет уровень теплопродукции в организме. Например, дятел зимой переходит на питание семенами ели, содержащими масла, богатыми энергией. Физическая терморегуляция обеспечивает изменение уровня теплоотдачи организма. Так, гренландский тюлень имеет теплозащитный покров в виде толстого слоя жира и плотного меха, а африканский слон – большие ушные раковины с густой сетью капилляров, что способствует теплоотдаче. Поведенческая терморегуляция проявляется в способности организмов выходить из действия неблагоприятного температурного фактора. Например, ящерица агама, спасаясь от нагретого песка, залезает на ветви пустынных кустарников и деревьев.

Вопрос 5. Какую роль в жизни организмов играет влажность?

Ответ. Тела организмов на 2/з состоят из воды. В воде происходят химические реакции, вода транспортирует вещества, вода обеспечивает терморегуляцию. Растения по отношению к влажности подразделяют на группы: водные (кувшинки, рдесты), наземно-водные (тростник, рогоз), обитателей влажных мест на суше (мхи, папоротники), развивающихся в нормальных условиях влажности (большинство наземных растений) и обитателей засушливых мест (кактусы, агавы). Среди животных различают: водных (медузы, рыбы), полувод- но-полуназемных (лягушки, крокодилы) и наземных (большинство членистоногих, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) обитателей. Недостаток влажности – причина ограничения жизнедеятельности и географического распространения наземных организмов.

Вопрос 6. В чем проявляются приспособления наземных растений и животных к недостатку влаги? Приведите примеры.

Ответ. Приспособления наземных организмов к недостатку влажности разнообразны. Например, черный саксаул, произрастающий в пустынях, развивает глубокую корневую систему, достигающую водоносного слоя. Листья кактусов видоизменены в колючки, а хвоинки сосны покрыты восковым налетом, уменьшающие величину испаряемой с их поверхности воды. Тюльпаны имеют запасающие органы – луковицы и короткий вегетационный период, совпадающий с влажной весной. Наземные животные при недостатке влаги впадают в спячку, мигрируют в поисках воды или запасают в теле жировую ткань – источник обменной воды, получаемой при ее расщеплении.

Задание. Проведите наблюдения за реакциями фотопериодизма у растений и животных, встречающихся в вашей местности. Зафиксируйте результаты наблюдения в виде записей, рисунков и фотографий.

Ответ. Реакция живых организмов на суточную смену освещённости (день и ночь) называется фотопериодизмом. Это важнейший фактор, запускающий биологические часы живых существ – суточные и сезонные биоритмы.

Фотопериодизм – это соотношение между продолжительностью светлого и тёмного времени суток, лежащее в основе суточной или сезонной активности растений и животных.

Так, укорачивающийся день (сезонный фотопериодизм) даже очень тёплой осенью – это точная информация о приближении зимы. У растений тормозится рост, начинается листопад, переход к состоянию покоя. Фотопериодизму подчиняется перелёт птиц, они заранее готовятся к нему. Фотопериодизм является сигналом к началу периода покоя у животных, которые впадают в спячку, позволяя зверям заранее накапливать подкожный слой жира и собирать припасы на зиму – орехи, семена, грибы и т. д. Также он определяет сезонные линьки и периоды размножения у зверей. Наоборот, удлиняющийся день сообщает всему живому о приближении весны.

Наиболее изучен фотопериодизм у растений. Суточный фотопериодизм у них влияет на процессы фотосинтеза, бутонизации, цветения. Некоторые растения раскрывают цветки ночью (например, ночная фиалка), готовя «стол и дом» для насекомых, активных в это время суток.

Растения по продолжительности дня, благоприятного для их развития, делятся на рас­тения длинного и короткого дня. Растениям длинного дня для нормального роста и развития нужно больше 12 часов света. К ним относятся морковь, редис, лук, овёс, лён. Растениям короткого дня необходимо не менее 12 часов беспрерывной темноты. К ним относятся шпинат, капуста, георгины, хризантемы.

У животных своя реакция на суточный фотопериодизм. Так, большинство копытных животных, медведи, волки, жаворонки и орлы ак­тивны днём, а тигры, грызуны, ежи, совы и филины – ночью. В сельском хозяйстве фотопериодизм играет большую роль.