Абиотические факторы среды обитания
Рассмотрим абиотические факторы наиболее общего характера, действующие на все организмы. Такими факторами являются в первую очередь температура, влажность и свет. Эти факторы действуют и на растения, и на животных, и на микроорганизмы.
Температура определяет интенсивность обмена веществ у организмов и их географическое распространение. Диапазон температур, в которых может существовать жизнь вообще, составляет приблизительно ЗОО°С - от -200°С до +100°С. При экстремальных (предельных) температурах выживают споры некоторых грибов, бактерии и вирусы. Большинство видов может существовать в более узком диапазоне температур. Таким образом, температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Кроме того, температурные ритмы в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных.
Вода физиологически необходима для любого типа клеток и любых организмов. Поэтому она часто служит лимитирующим фактором. Все живые организмы в зависимости от потребности их в воде, подразделяются на ряд экологических групп: водные (гидрофильные) - постоянно живущие в воде; гигрофильные - живущие в очень влажных местообитаниях; мезофильные - отличающиеся умеренной потребностью в воде и, наконец, ксерофильные - живущие в сухих местообитаниях.
Количество осадков и влажность - основные величины, измеряемые при изучении этого фактора. Количество осадков зависит в основном от путей и характера перемещений больших воздушных масс. Не менее важным является распределение осадков по временам года. Условия, возникающие при равномерном распределении осадков, совершенно иные, чем при выпадении осадков в течение одного сезона. В последнем случае животным и растениям приходится переносить периоды длительной засухи. Как правило, неравномерное распределение осадков по временам года встречается в тропиках и субтропиках, где обычно ярко выражены влажный и сухой сезоны.
Влажность - параметр, характеризующий содержание водяного пара в воздухе. В природе существуют определенный суточный ритм влажности - повышение ночью и снижение днем, сухие и влажные сезоны года и т.п. Этот фактор наряду со светом и температурой играет важную роль в регулировании активности организмов. Влажность влияет на способность организмов переносить экстремальные температуры. Например, при условиях влажности, близких к критическим, температура оказывает более важное лимитирующее влияние. Аналогично влажность играет более критическую роль, если температура близка к предельным значениям. Крупные водоемы значительно смягчают климат суши, так как для воды характерна большая скрытая теплота парообразования и таяния. Фактически существуют два основных типа климата: континентальный с крайними значениями температуры и влажности и морской, которому свойственны менее резкие колебания, что объясняется смягчающим влиянием крупных водоемов.
Излучение Солнца представляет собой электромагнитные волны различной длины. Оно совершенно необходимо живой природе, так как является основным внешним источником энергии. Анализ спектра распределения энергии излучения Солнца за пределами земной атмосферы показывает, что около половины солнечной энергии излучается в инфракрасной области, 40 % - в видимой и 10 % - в ультрафиолетовой и рентгеновской областях.
Необходимо иметь в виду, что спектр электромагнитного излучения Солнца весьма широк и различные его участки различным образом воздействуют на живое вещество. Земная атмосфера, включая озоновый слой, избирательно поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца: до поверхности Земли доходит в основном излучение с длиной волны от 0,3 до 3 мкм.
Для живого вещества важны количественные характеристики света - длина волны, интенсивность и продолжительность воздействия. Известно, что различные животные и растения по-разному реагируют на изменение длины световой волны. Цветовое зрение распространено в разных группах животных по-разному: оно хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц и млекопитающих, но у других видов тех же групп оно может отсутствовать. Поэтому, например, одни животные ведут дневной образ жизни, а другие - ночной.
Продолжительность светового дня, или фотопериод, служит "биологическими часами" или пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов, приводящих к росту, цветению многих растений, линьке, накоплению жира, миграции, размножению и впадении в спячку у животных. Некоторые высшие растения цветут при увеличении длительности дня (растения длинного дня), другие зацветают при сокращении дня (растения короткого дня), насекомые впадают в зимнюю спячку при сокращении длительности светового дня. Это еще раз свидетельствует о том, что биосфера в целом, благодаря своему огромному разнообразию, способна существовать в весьма широком диапазоне значений абиотических факторов.
Ионизирующее излучение (рентгеновское, альфа-, бета-, гамма-излучение) выбивает электроны из атомов и присоединяет их к другим атомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Его источником служат радиоактивные вещества (радиоактивные изотопы, радионуклиды), содержащиеся в горных породах, кроме того, оно поступает из космоса.
Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия. Это излучение хорошо поглощается воздухом. Листок бумаги и верхний роговой слой кожи вообще его останавливает.
Бета-излучение - поток электронов. Оно хуже поглощается воздухом и может проникать в живые ткани на глубину в несколько сантиметров.
Гамма-излучение является высокочастотным электромагнитным излучением в отличие от корпускулярного альфа - и бета-излучения. Оно слабо поглощается воздухом, легко проникает в вещество, высвобождая энергию на протяжении длинного следа.
Ионизирующее излучение действует в первую очередь на ДНК и хромосомы клеток. Высокие дозы облучения могут убить или привести к стерильности организма. Разные виды живых организмов сильно отличаются по своим способностям выдерживать большие дозы радиационного облучения. Наиболее чувствительны к радиации млекопитающие и особенно человек. Насекомые в тысячи раз более устойчивы. Самой большой устойчивостью к радиации отличаются бактерии. Относительно низкие дозы облучения вызывают увеличение частоты мутаций в клетках организма. Подавляющее большинство мутаций либо гибельно (летальные мутации), либо вредно сказываются для организма и популяции. Только очень небольшой процент мутаций (примерно 1 из 10000) может быть полезен для популяции. Как показывают данные исследований, наиболее чувствительны к облучению быстро делящиеся клетки.
У высших растений чувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеру клеточного ядра, а точнее объему хромосом или содержанию ДНК.
У высших животных не обнаружено такой простой зависимости между чувствительностью и строением клеток; для них наибольшее значение имеет чувствительность отдельных систем органов. Так, млекопитающие очень чувствительны даже к низким дозам радиации вследствие легкой повреждаемости облучением быстро делящейся кроветворной ткани костного мозга. Даже очень низкие уровни хронически действующего ионизирующего излучения могут вызвать в костях и в других чувствительных тканях рост опухолевых клеток, что может проявиться лишь через много лет после облучения.
