Свет. Энергия солнца.

Свет, как экологический абиотический фактор имеет важнейшее значение. Строго говоря, чаще всего под термином «свет» понимается весь диапазон солнечного излучения. Он распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн, представляющий собой поток энергии в пределах длин волн от 150 до 4000 нм. Для организмов важны следующие характеристики: длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность действия. Например, в зависимости от интенсивности освещения все растения подразделяются на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Границы областей воздействия не четки, в общем случае их можно представить следующим образом:

- λ меньше 150 нм – ионизирующее излучение (радиация)

- λ =150-400 нм (~7%) – ультрафиолетовое излучение

- λ =390-400 – 700-760 нм (48%) - видимый свет

- λ =760 и более (45%) – инфракрасное излучение

За пределами ИК радиации располагается область, так называемой, дальней ИК – мощного фактора теплого режима среды, ее биологическое действие рассмотрено выше.

Как известно, не вся солнечная радиация достигает поверхности Земли, поступление ее есть величина относительно постоянная, она слегка варьирует по сезонам года. Проходя через атмосферу часть солнечной радиации, рассеивается молекулами газов воздуха и водяными парами, часть отражается от облаков, часть отражается озоновым слоем (УФ до λ = 320-340 нм).

С участием света у растений и животных протекают следующие важнейшие процессы:

- фотосинтез – образование органического вещества за счет энергии света в клетках растений, водорослей, бактерий;

- транспирация – испарение воды листьями растений, что обеспечивает восходящий поток воды от корней к листьям;

- фотопериодизм – осуществление биологических ритмов, как реакция организма на длину дня;

- зрение у животных – одна из главнейших сенсорных функций, позволяющая вести активный образ жизни;

- синтез пигментов и витаминов – витамин D у млекопитающих, витамины и фитопигменты у растений.

Преимущественное значение для фотосинтеза имеют лучи с λ = 380-710 нм. Этот диапазон называют областью физиологически активной радиации – ФАР. Кроме того, видимая часть спектра важная для ориентации животных в окружающей среде. Зрительная ориентация свойственна большинству дневных животных и используется как источник информации о внешних условиях. Эффективность восприятия зрительных сигналов различна: от простых светочувствительных клеток до сложно устроенных глаз.

Специфическое значение светового фактора заключается в том, что динамика условий освещения оказывает влияние на периодичность явлений в жизнедеятельности организмов. Чаще всего это явление называется биологические ритмы (смена дня и ночи, сезонные изменения). Ритмичность общих проявлений жизнедеятельности характерна всем живым существам. По современным представлениям в основе периодических процессов лежит внутренняя программа, на которую воздействует сложный комплекс внешних условий. Свет представляет собой первичный фактор (но не единственный).

Суточные ритмы – свойственны большинству видов животных и растений. Однако, общий характер активности животных в большинстве случаев определяется такими условиями, как тип питания, взаимоотношения с хищниками, конкурентами, суточные изменения абиотических факторов и т.д. Режим освещения, в данном случае, выступает в роли сигнального фактора, который определяет время начала и окончания активности. Суточные ритмы соответствуют 24 часовому отрезку времени. При детальном изучении явлений суточной активности было показано, что сигнальная роль фотопериода отчетливо проявляется и в условиях неизменной освещенности. Например, при постановке эксперимента: когда подопытные организмы содержали в полной темноте (или при постоянном дне) весь период у них четко прослеживался суточный ритм, свойственный данному виду в естественной обстановке. Однако, при более тщательном изучении было установлено, что время цикла при этом было не 24 часа, а несколько меньше – 22 часа. Таким образом, было доказано, что в основе суточных ритмов жизнедеятельности лежат наследственно закрепленные циклы физиологических процессов с периодом, близким к 24 часам. Циклические процессы такого рода получили название циркадных (циркадианных) ритмов. Характерная особенность этих ритмов – несовпадение их периода с полными астрологическими сутками. В следствии было доказано, что в основе механизма суточной ритмики лежат два основных принципа:

- наличие наследственной программы с периодом около суток;

- и возможностью влияния освещения на реализацию этой программы.

Считают, что несовпадение циркадных ритмов с длительностью астрономических суток открывает возможность сдвига ритмов активности в соответствии со сменой условий в каждом конкретном районе и в разные периоды года. И вот именно в таких случаях основное влияние проявляют внешние «датчики» времени. Чем обусловлен механизм суточных и циркадных циклов до сих пор изучается.

Сезонные ритмы.Большинство организмов, обитающих в условиях сезонной смены климатических режимов, характеризуется наличием периодических сезонных процессов, охватывающих комплекс физиологических систем и обеспечивающих биологически значимые изменения форм деятельности.

У растений это связано с сезонным характером репродукции, определенными сроками образования семян, формированием клубней и других форм запасания питательных веществ зимой, обеспечивающих начало активной вегетации на следующий год. Установлено, что эти процессы имеют генетический запрограммированный характер,

У большинства животных также различные физиологические и биологические процессы проявляются сезонно: размножении, линька, миграция и др. Эволюционно сезонность этих явлений возникла, как приспособление к циклическим изменениям климатических условий.

Отсюда можно сделать вывод о том, что закономерная повторяемость сезонных состояний также формируется в результате взаимодействия врожденных сезонных циклов с информацией о состоянии внешних условий.

Врожденные биологические циклы с окологодовой периодичностью названы цирканными ритмами. Как и циркадные, они основываются на системе свободного времени по принципу биологических часов. В природных условиях эта система находится под контролем внешних факторов.