Свет в жизни организмов

Свет как абиотический фактор среды

Одним из условий существования жизни на Земле является солнечный свет, поступающий из космического пространства. Вам уже известно, что свет имеет волновую природу. В зависимости от длины волны в солнечном спектре выделяют три составных компонента. Их характеристика представлена в таблице:

Состав солнечного света
Составные компоненты Длина волны, нм Содержание в спектре, %
Ультрафиолетовые лучи 30-400 9
Видимый свет 400-700 46
Инфракрасные лучи более 700 45

Ультрафиолетовые лучи действуют на организмы по-разному в зависимости от дозы и длины волны. Они почти полностью поглощаются озоновым слоем. До земной поверхности доходят только лучи с длиной волны 200-400 нм. Наибольшую опасность для человека представляют лучи с длиной волны 280-320 нм, обладающие канцерогенным действием. Избыточное облучение ультрафиолетом может вызвать рак кожи (меланому), стать причиной развития катаракты (помутнения хрусталика). В то же время в небольших дозах ультрафиолетовые лучи стимулируют синтез пигмента кожи меланина и витамина D. Вы уже знаете, что витамин D оказывает влияние на обмен кальция и фосфора. Это в свою очередь влияет на рост и развитие скелета человека.

Велико значение витамина D для растущего потомства млекопитающих и птиц. Лисицы и барсуки, выводящие детенышей в норах, регулярно выносят их на солнце. «Солнечное купание» свойственно многим птицам. Стремятся погреться на солнышке после зимовки и домашние животные. Известно, что умеренное ультрафиолетовое облучение молодняка сельскохозяйственных животных положительно сказывается на их росте и развитии.

Видимый свет очень важен для существования жизни на Земле. Он является основным источником энергии. Все разнообразие температурных условий на нашей планете определяется количеством поступающей солнечной энергии. Разные участки спектра видимого света действуют на организмы по-разному. Красные лучи оказывают тепловое действие. Синие и фиолетовые лучи влияют на протекание некоторых биохимических реакций. Особенно велико значение видимого света для растений. Для фотосинтеза им необходим свет с длиной волны 680 и 700 нм.

Для большинства организмов видимый свет является источником энергии. Дневным животным видимый свет позволяет ориентироваться в среде. Некоторые ночные виды (совы, филины) могут перемещаться даже при слабой освещенности. Сигналом к перелетам птиц служит изменение длины светового дня. Растения также способны изменять положение своих органов в пространстве под действием света, т. е. проявлять фототропизм.

Фототропизм (от греч. photos — свет) — ростовые движения органов растений под влиянием одностороннего освещения. Обычно у стеблей наблюдается положительный (по направлению к свету), а у корней — отрицательный (от света) фототропизмы. Положительный фототропизм можно наблюдать на посевах подсолнечника во время цветения. С восхода и до заката соцветия подсолнечника поворачиваются вслед за солнцем.

Инфракрасное излучение является источником тепловой энергии, которая поглощается водой клеток. Некоторые наземные животные (ящерицы, змеи) используют его для повышения температуры тела.

Влияние солнечного света на организмы зависит не только от его качества (длины волны или цвета) и интенсивности освещения. Важную роль играет продолжительность воздействия — длина светового дня (фотопериод).

Фотопериод и фотопериодизм

Фотопериод — длина светового дня, определяющая времена года. Смена сезонов происходит вследствие изменения длины светового дня. Причиной этого является движение Земли вокруг Солнца и расположение ее оси под углом к плоскости орбиты. Длина светового дня в области экватора относительно постоянна в течение всего года (около 12 ч). Но в умеренных и высоких широтах фотопериод значительно отличается в разное время года. Изменение фотопериода играет сигнальную роль как для растений, так и для животных. Оно является пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов и определяющим сезонные ритмы организмов. У растений фотопериод регулирует рост, цветение, плодоношение, листопад, период покоя. Линька, накопление жира, миграция, размножение у животных также управляются фотопериодом.

Фотопериодизм — характерная реакция живых организмов на изменения длины светового дня, соотносящая их биологическую активность с временем года.

По типу фотопериодической реакции наземные растения разделяют на три основные группы: короткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня.

Короткодневные растения цветут ранней весной или осенью и нуждаются в короткой длине светового дня (менее 12 ч). К ним относятся: земляника, хризантемы, рис, соя, просо и др. Длиннодневные растения цветут летом и нуждаются в длине светового дня более 12 ч. Представителями длиннодневных растений являются: картофель, рожь, ячмень, овес, пшеница, редис и др. Растения, нейтральные к длине светового дня, цветут вне зависимости от длины светового дня. Такой способностью обладают: огурец, подсолнечник, кукуруза, томат, горох, одуванчик.

Таким образом, регулируя длину светового дня, можно ускорять или замедлять наступление периода цветения у растений в зависимости от поставленных целей.

Следует также отметить, что многие организмы по-разному реагируют на смену дня и ночи. Суточный фотопериодизм характеризуется сменой периодов активности и покоя организмов в зависимости от времени суток. Особенно заметно эта зависимость проявляется у птиц и других животных. Среди них можно выделить три группы организмов: дневные, ночные и сумеречные. Дневные активны в светлое время суток (пчела, ласточка, заяц). Они представляют самую многочисленную группу. Добывание пищи у ночных организмов происходит в ночное время (таракан, сова, сверчок). Некоторые сумеречные организмы активны только во время сумерек (бражник, майский жук).

Экологические группы растений по отношению к световому режиму

В процессе эволюции у растений выработались эффективные приспособления (адаптации) к успешной жизни при световом режиме их местообитаний.

По разнообразию адаптаций и способности произрастать при определенном световом режиме выделяют три экологические группы растений: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Они отличаются положением светового оптимума в пределах толерантности.

Светолюбивые растения живут на открытых территориях и поглощают много солнечной энергии. Это растения пустынь, степей, высокогорных лугов, пустырей и обочин дорог (мать-и-мачеха, очиток), сорняки и культурные растения (подсолнечник, пшеница). Светолюбивые деревья образуют светлые леса, их кроны не смыкаются (лиственница, сосна, осина, береза и др.). У светолюбивых растений листовые пластинки в основном более толстые и светлые, чем у тенелюбивых и теневыносливых растений. Они чаще небольшие, блестящие, иногда покрыты воском или имеют опушение. Листья ориентированы вертикально или под большим углом к горизонту, поэтому получают лишь скользящие лучи. У них есть приспособления для поворота листовых пластинок ребром к солнцу. Мезофилл (мякоть листа) хорошо развит, особенно столбчатая паренхима (рис. 4), хлоропласты мелкие.

Тенелюбивые растения обитают в сильно затененных местах (нижние ярусы тропического леса, горные ущелья, таежные ельники, лесостепные дубравы). К ним относятся мхи, папоротники, кислица, недотрога, медуница и др. У многих тенелюбивых растений листовые пластинки располагаются почти под прямым углом к источнику света, не затеняя друг друга (листовая мозаика). Листья очень тонкие, имеют хорошо развитую губчатую паренхиму, содержат крупные хлоропласты и много межклетников. Столбчатая паренхима развита слабо и представлена, как правило, одним слоем клеток.

Теневыносливые растения предпочитают хорошую освещенность, но могут расти и в тени. Это растения лесных опушек, лугов, степей (лещина, сныть, подорожник, злаковые травы, ежевика). У травянистых форм теневыносливых растений стебель тонкий, с длинными междоузлиями. Они образуют живой напочвенный покров и кустарниковый ярус в лесах умеренного пояса.

Солнечный спектр состоит из видимого света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Характерная реакция организмов на сезонное изменение длины светового дня (фотопериод) называется фотопериодизмом. По приспособленности к определенному световому режиму наземные растения разделяют на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.