Свет и его роль в жизни организмов

Вопрос  №1. Свет и его роль в жизни организмов

 

           Свет — это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание растительностью Земли органических соединений из неорганических , и в этом его важнейшая энергетическая функция. Но в фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР). Внутри нее для фотосинтеза наибольшее значение имеют красно-оранжевые лучи (600—700 нм) и фиолетово-голубые (400—500 нм), наименьшее — желто-зеленые (500—600 нм). Последние отражаются, что и придает хлорофиллоносным растениям зеленую окраску. Однако свет не только энергетический ресурс, но и важнейший экологический фактор, весьма существенно влияющий на биоту в целом и на адаптационные процессы и явления в организмах.

За пределами видимого спектра и ФАР остаются инфракрасная (ИК) и ультрафиолетовая (УФ) области. УФ-излучение несет много энергии и обладает фотохимическим воздействием — организмы к нему очень чувствительны. ЙК-излучение обладает значительно меньшей энергией, легко поглощается водой, но некоторые сухопутные организмы используют его для поднятия температуры тела выше окружающей. 
Важное значение для организмов имеет интенсивность освещения. Растения по отношению к освещенности подразделяются на светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты) и теневыносливые. 
Первые две группы обладают разными диапазонами толерантности в пределах экологического спектра освещенности. Яркий солнечный-свет — оптимум гелиофитов (луговые травы, хлебные злаки, сорняки и др.), слабая освещенность — оптимум тенелюбивых (растения таежных ельников, лесостепных дубрав, тропических лесов). Первые не выносят тени, вторые — яркого солнечного света.

     Теневыносливые растения имеют широкий диапазон толерантности к свету и могут развиваться как при яркой освещенности, так и в тени.

Свет как экологический  фактор делится на ультрафиолетовый с длиной волны - 0,40 - 0,75 мкм и инфракрасный с длиной волны больше этих величии.

Действие этих факторов зависит  от свойства организмов. Каждый вид  организма адаптирован к тому или иному спектру длиной волны  света. Одни виды организмов адаптировались к ультрафиолетовым, а другие к инфракрасным.

Некоторые организмы способны различить длину волны. Они обладают специальными световоспринимаемыми системами и имеют цветное зрение, которые имеют огромное значение в их жизнедеятельности. Многие насекомые чувствительны к коротковолновому излучение, которое человек не воспринимает. Ночные бабочки хорошо воспринимают ультрафиолетовые лучи. Пчелы и птицы точно определяют свое местонахождение и ориентируются на местности даже ночью.

Организмы сильно реагируют  и на интенсивность света. По этим признакам растения делятся на три  экологические группы:

1.         Светолюбивые, солнцелюбивые или гелиофиты - которые способны нормально развиваться только под солнечными лучами.

2.         Тенелюбивые, или сциофиты - это растения нижних ярусов лесов и глубоководные растения, например, ландыши и другие.

При снижении интенсивности  света замедляется и фотосинтез. У всех живых организмов существуют пороговые чувствительности интенсивности  света, а также к другим экологическим  факторам. У различных организмов пороговая чувствительность к экологическим  факторам неодинакова. Например, интенсивный  свет тормозит развитие мух дрозофилл, даже вызывает их гибель. Не любят свет и тараканы и другие насекомые. У большинства фотосинтетических растений при слабой интенсивности света идет торможение синтеза белков, а у животных тормозятся процессы биосинтеза.

3.         Теневыносливые или факультативные гелиофиты. Растения которые хорошо растут и в тени и на свету. У животных эти свойства организмов называются светолюбивые (фотофилы), тенелюбивые (фотофобы), эврифобные — стенофобные.

       Свет имеет большое сигнальное значением вызывает регуляторные адаптации организмов. Одним из самых надежных сигналов, регулирующих активность организмов во времени, является длина дня — фотопериод. 
        Фотопериодизм как явление — это реакция организма на сезонные изменения длины дня. Длина дня в данном месте, в данное время года всегда одинакова, что позволяет растению и животному определиться на данной широте со временем года, т. е. временем начала цветения, созревания и т. п. Иными словами, фотопериод — это некое «реле времени», или «пусковой механизм», включающий последовательность физиологических процессов в живом организме.

       Эти ритмы помогают организму чувствовать время, и эту способность называют «биологическими часами». Они помогают птицам при перелетах ориентироваться по солнцу и вообще ориентируют организмы в более сложных ритмах природы.

      Фотопериодизм, хотя и наследственно закреплен, проявляется лишь в сочетании с другими факторами, например температурой: если в день X холодно, то растение зацветает позже, или в случае с вызреванием — если холод наступает раньше дня X, то, скажем, картофель дает низкий урожай, и т. п. В субтропической и тропической зоне, где длина дня по сезонам года меняется мало, фотопериод не может служить важным экологическим фактором — на смену ему приходит чередование засушливых и дождливых сезонов, а в высокогорье главным сигнальным фактором становится температура. 
Так же, как на растениях, погодные условия отражаются на пойкилотермных животных, а гомойотермные отвечают на это изменениями в своем поведении: изменяются сроки гнездования, миграции и др. 
     Человек научился использовать описанные выше явления. 
Длину светового дня можно изменять искусственно, тем самым изменяя сроки цветения и плодоношения растений (выращивание рассады еще в зимний период и даже плодов в теплицах), увеличивая яйценоскость кур, и др. 
       Развитие живой природы по сезонам года происходит в соответствии с биоклиматическим законом, который носит имя Хопкинса: сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря. Значит, чем севернее, восточнее и выше местность, тем позже наступает весна и раньше осень. Для Европы на каждом градусе широты сроки сезонных событий наступают через три дня, в Северной Америке — в среднем через четыре дня на каждый градус широты, на пять градусов долготы и на 120 м высоты над уровнем моря.

          Знание фенодат имеет большое значение для планирования различных сельхозработ и других хозяйственных мероприятии.

         Отсутствие в среде физиологически необходимых факторов (света, воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими.

 

Вопрос  №2. Зоогенные факторы

           Это воздействие животных друг на друга и окружающую среду. К ним относится также потребление животными растительной пищи. Такие животные называются фитофагами (от греч. phyton — растение и phagos — пожирающий). Фитофагами являются крупные (лось, олень, косуля, кабан) и мелкие (заяц, белка, мышевидные грызуны) млекопитающие, птицы (рябчик, тетерев, глухарь), насекомые-вредители и др.

            Контактируя с растениями или употребляя их в пищу, животные способствуют распространению их семян. В одних случаях семена и плоды распространяются благодаря случайному прикреплению к животным (шерсти, перьям, лапам, клювам и т.п.), в других это связано с поеданием животными плодов. Животные серьезно повреждают растения. Лоси и олени обдирают кору на деревьях, уничтожают молодую древесную поросль, объедая верхушки кустарников и древесного подроста. Бобры, питаясь древесиной осины, довольно быстро изреживают ее насаждения. Глухари, ощипывая хвою и почки сосны и ели, тем самым замедляют их рост.

 

Все живое, окружающее организм в среде  обитания, составляет биотическую среду  или биоту. биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности  одних организмов на другие.

Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно  многообразны. Главной формой проявления этих связей служат пищевые взаимоотношения  организмов различных категорий, составляющие основу пищевых цепей, сетей и  трофической структуры биоты.

Кроме пищевых связей, между растительными  и животными организмами возникают  также пространственные взаимоотношения.

Биотические факторы, воздействующие на растения как первичные продуценты органического вещества, подразделяют на зоогенные и фитогенные.

Зоогенные биотические факторы. К  факторам воздействия животных на растительность, прежде всего, относится поедание растения целиком или отдельных его  органов. Объедание животными ветвей и побегов изменяет форму кроны  деревьев. Растения, повреждаемые животными, приобретают защитные приспособления (колючки, шипы), образуют избыточную фитомассу, усиленно наращивают оставшиеся листья. Имеется и положительное влияние животных на жизненные процессы растений, например, опыление насекомыми и птицами.

К зоогенным факторам относится  воздействие насекомых на листовую поверхность древесных пород  и травянистых растений. Насекомые (тли, клопы) не только отсасывают у  растений питательные вещества, но и переносят возбудителей их заболеваний.

Большой вред растениям наносят  землерои (кроты, суслики). Они поедают не только надземные части растений, но и клубни, луковицы, корневища.

Воздействие животных на растения довольно многообразно и сказывается на регулировании  численности видов в природных  сообществах.

Действие зоогенных факторов в  среде животных проявляется главным  образом в виде паразитизма, хищничества  и конкуренции.

 

 

 

 

 

 

 

       Вопрос №3. Пространственные подразделения популяций

        Для понимания механизмов функционирования и решения вопросов использования

популяций большое значение имеют сведения об их структуре.

Различают половую, возрастную, территориальную и другие виды структуры.

          В теоретическом и прикладном планах наиболее важны данные о возрастной структуре, под которой понимают соотношение особей (часто объединенных в группы) различных возрастов.

   У животных выделяют следующие возрастные группы:

-      ювенильная группа (детская)

-   сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

-      взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию)

Популяции свойственно также  определенное соотношение полов, причем, как правило, количество самцов и самок различно (соотношение полов не равно 1:1).

      Известны случаи резкого преобладания того или иного пола, чередование

поколений с отсутствием  самцов. Каждая популяция может иметь  и сложную

пространственную структуру (рис.2), подразделяясь на более или  менее крупные иерархические группы - от географической до элементарной (микропопуляции).

    

Рис.3. Пространственные подразделения  популяций.

     1- ареал вида; 2- географическая популяция; 3- экологическая, или местная популяция; 4- микропопуляция (элементарная)

Обычно наибольшей жизнеспособностью  отличаются популяции, в которых  все возраста представлены относительно равномерно. Такие популяции называют нормальными.

        Если в популяции преобладают старческие особи, это однозначно свидетельствует о наличии отрицательных факторов в ее существовании, нарушающих

воспроизводительные функции. Такие популяции рассматривают  как  регрессивные, или вымирающие. Требуются срочные меры по выявлению

причин такого состояния  и их исключению. Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или

инвазионные. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика

вероятность вспышек чрезмерно  высокой численности особей, поскольку  в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые здесь ранее отсутствовали. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность.

       Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек из нее может изымать то количество особей или биомассу (последний показатель обычно используется применительно к растительным сообществам), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Ясно, что изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол или другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

     Важное значение пространственной структуры популяции состоит в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции.

  Под пространственной структурой популяции понимаются особенности и характер размещения особей популяции в пространстве. 
Пространственная структура имеет важное экологическое значение. Прежде всего, определенный тип использования территории позволяет популяции эффективно использовать ресурсы среды и снизить внутривидовую конкуренцию. Эффективность использования среды и снижение конкуренции между представителями популяции позволяют ей укрепить свои позиции по отношению к другим видам, населяющим данную экосистему. 
важное значение пространственной структуры популяции состоит в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции. Без определенного уровня внутрипопуляционных контактов популяция не сможет выполнять как свои видовые функции (размножение, расселение), так и функции, связанные с участием в экосистеме (участие в круговоротах веществ, создание биологической продукции и так далее). 
Одним из важных параметров, определяющих пространственную структуру, является численность особей в популяции. Наблюдая за свойствами различных популяций, будь то популяции животных или растений, можно видеть, что численность их бывает очень разной. Это и сотня деревьев, встречающихся на гектаре соснового леса и миллионы одноклеточных водорослей в экосистеме пруда или озера, и несколько грифов, живущих на недоступных скалах, и тучи скворцов над только что засеянным ржаным полем. 
         Численность особей в популяции - одна из важных характеристик при экологических исследованиях, особенно когда речь идет об исчезающих видах растений и животных. Здесь приходится решать вопрос о допустимых минимальных размерах популяции, при которых она способна к самовоспроизведению. Под численностью популяции понимается общее количество особей в ней.