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 иминимальная 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.

Водаобеспечивает 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.