Влияние солнечного излучения на живые системы
СВЕТ
Как экологический фактор свет имеет огромнейшее значение, так как он является источником энергии для фотосинтеза (табл. 2.1).
При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19 % поглощается облаками, 34 % отражается обратно в космос, 47 % достигает поверхности Земли, из них 24 % – прямая радиация и 23 % – рассеянная радиация.
Таблица 2.1
| Спектр солнечного излучения | Влияние солнечного излучения | ||
| Действие | Особенности | ||
| Ионизирующее излучение <150 нм | Мутагенный эффект | В основном отражается озоновым экраном | |
| Ультрафиолетовое (УФ) излучение 150 – 400 нм (5 – 10 % суммарной радиации) | УФ-С 150 – 280 нм | Активно абсорбируется кожей | Почти полностью поглощается озоновым экраном |
| УФ-В 280 – 320 нм | Канцерогенный эффект через воздействие на ДНК | Способен активировать микроорганизмы и подавлять иммунитет к ним. Большая часть также поглощается озоновым экраном | |
| УФ-А 320 – 400 нм | Стимулирует клеточный синтез, синтез витамина Д, обмен Са и Р | Большая часть доходит до поверхности Земли, в воде проникает на глубину 65 м | |
| Видимый свет 400 – 800 нм (40 – 50 % суммарной радиации) | Необходим для ориентирования животных в окружающей среде Источник энергии для фотосинтеза (от 400 до 700 нм) Регулятор биологических ритмов живых организмов | Очень красивый | |
| Инфракрасное излучение 800 – 1000 нм | Определяет активность пойкилотермных организмов Фактор, обусловливающий изменения температуры среды, основной источник тепловой энергии | – |
В растениях свет выступает как источник энергии для пигментной системы (хлорофилла и его аналогов). Общая формула фотосинтеза:
Световым излучением того же диапазона (400 – 700 нм) активизируются зрительные пигменты животных (родопсин, йодопсин и др).
На уровень фотосинтеза, кроме света, также влияют температура, наличие СО2 и О2, а также содержание хлорофилла, строение листа, концентрация ферментов. Нижний предел фотосинтеза от -7 ºС верхний предел – на 10 ºС ниже точки тепловой смерти. Норма содержания СО2 в атмосфере составляет 0,57 мг/л. При повышении его концентрации до 10 % фотосинтез усиливается, но лишь до известных пределов, при повышении концентрации СО2 свыше 10 % фотосинтез замедляется.
В течение всей эволюции живого организмам приходилось адаптироваться к ритмически меняющимся условиям среды (смене времени суток, времени года). Ритмичность проявления жизнедеятельности свойственна всем живым существам, в ее основе лежат специфические биохимические и физиологические реакции. По современным представлениям в основе биоритмов лежит эндогенная (внутренняя) программа, которая реализуется через систему «гипоталамус – гипофиз». Она синхронизирует изменение жизнедеятельности с изменением состояния окружающей среды. Основное синхронизирующее значение имеет изменение светового режима – фотопериодическая регуляция.
У животных существуют суточные ритмы активности (дневные, ночные и сумеречные животные), у растений со временем суток связано раскрытие и закрытие цветков. Суточные ритмы очень видоспецифичны. Общий характер активности животных определяется типом питания, взаимоотношениями с хищниками и конкурентами, суточными изменениями абиотических факторов. Сигналом к смене активности является режим освещения (пробуждающая яркость). В течение суток может быть один или два пика активности животного (например, активность воробьиных в период размножения наблюдается утром и вечером).
Циркадные ритмы – генетически закрепленные внутренние ритмы с периодом около 24 ч. Эти ритмы были выявлены при опыте с растениями: растение, которое складывало листья на ночь было помещено на свет в течении 24 часов, оно продолжало складывать листья на «ночь» и расправлять их «утром». Природа суточных ритмов также, по-видимому, эндогенна. У человека отличие «сов» от «жаворонков» также определяется околосуточным эндогенным ритмом выхода адреналина в кровь. Мамм Б. и Миллер Д. экспериментально обнаружили гены, ответственные за наследование биоритмов.
Сезонные ритмы – изменение жизнедеятельности организма при сезонной смене климатических режимов. У растений с этими ритмами связано образование семян, накопление питательных веществ. У животных с ними связаны размножение, линька, спячка, миграции и прочее. Четко установлена эндогенная генетическая природа этих ритмов, хотя нельзя вообще выделить чисто эндо- и экзогенные ритмы. Характер внутренних ритмов часто очень существенно меняется под воздействием внешних факторов.
Цирканные ритмы – эндогенные биологические ритмы с окологодовой периодичностью. Как и циркадные ритмы – это собственные биологические часы организма. Опыты показали, что внутренние ритмы всегда несколько меньше астрономических (22,5 часов против 24 часов и примерно 340 суток против 365). Они постоянно сверяются с изменением условий среды, особенно с изменением освещенности – фотопериодизмом. Физиологией этих ритмов управляет та же гипоталамо-гипофизарная система.
По отношению к условиям освещения живые организмы делятся на экологические группы:
· растения
- облигатные гелиофиты (узкоспецифичные светолюбивые);
- облигатные сциофиты (узкоспецифичные тенелюбивые);
- факультативные гелиофиты (теневыносливые);
· животные:
- дневные;
- ночные;
- сумеречные.