Абиотические факторы среды

В ходе эволюции организмы приспосабливаются к абиотическим факторам и сами участвуют в формировании абиотической среды. Например, клубеньковые бактерии насыщают почву азотом, растения увлажняют воздух, препятствуют эрозии и удерживают влагу в земле, животные-фильтраторы очищают водоёмы от органических загрязнений, в процессе дыхания живые организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ, изменяя состав атмосферного воздуха и т. д. Факторы неживой природы, в свою очередь, оказывают существенное влияние на живые организмы.

Температура — один из важнейших абиотических факторов, который влияет на большинство физических и химических процессов, связанных с жизнедеятельностью организмов.

Различают организмы с непостоянной температурой тела — холоднокровные — и организмы с постоянной температурой тела — теплокровные (рис. 176). Температура тела холоднокровных животных зависит от температуры окружающей среды. Её повышение вызывает у них интенсификацию жизненных процессов и ускорение развития, а понижение приводит к замедлению этих процессов. Теплокровные животные в значительно меньшей степени зависят от температуры окружающей среды. Они способны к терморегуляции.

Ароморфные изменения строения позволили таким животным, птицам и млекопитающим сохранять активность при очень резких перепадах температур и освоить практически все места обитания.

Некоторые существа, особенно в стадии покоя, способны существовать при очень низких температурах. Например, отдельные виды бактерий выдерживают охлаждение до –200 °С, а некоторые водоросли могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре 80—88 °С. Большинство видов приспособлено к довольно узкому диапазону колебания температур. В воде он значительно меньше, чем на суше, соответственно и пределы выносливости к колебаниям температуры у водных организмов уже, чем у наземных. Хотя наземные организмы приспособились к значительным колебаниям температуры среды, оптимальная температура для их жизнедеятельности находится в сравнительно узких пределах 15—30 °С.

Температура меняется в течение суток и в связи со сменой сезонов. Организмы, которые обычно подвергаются воздействию сезонных температур, что наблюдается в умеренных зонах, хуже переносят постоянную температуру. Однако резкие колебания температуры — сильные морозы или зной — также неблагоприятны для них.

Существует много приспособлений для борьбы с охлаждением или перегревом. С наступлением зимы растения и холоднокровные животные впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается, в тканях запасается много жиров и углеводов. Количество воды в клетках уменьшается, зато накапливаются сахара и глицерин, препятствующие замерзанию. В жаркое время года включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, что приводит к понижению температуры листьев. У животных в этих условиях также усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожные покровы.

Таким образом, температура окружающей среды представляет собой важный и зачастую ограничивающий фактор.

Свет в форме солнечной радиации обеспечивает все жизненные процессы на Земле. Для организмов важны длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность и продолжительность воздействия.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны более 0,3 мкм составляют примерно 10% лучистой энергии, достигающей земной поверхности. В небольших дозах они необходимы животным и человеку. Под их воздействием в организме образуется витамин D. Насекомые зрительно различают ультрафиолетовые лучи и пользуются этим для ориентации на местности в облачную погоду.

Наибольшее влияние на организм оказывает видимый свет с длиной волны 0,4—0,75 мкм. Энергия видимого света составляет около 45% общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Видимый свет менее всего ослабляется при прохождении через плотные облака и воду. Поэтому фотосинтез может идти и при пасмурной погоде, и под слоем воды определённой толщины. В процессе эволюции преимущество получили растения, пигменты которых поглощали часть спектра излучения Солнца, наиболее богатую энергией. Синий (0,4—0,5 мкм) и красный (0,6—0,7 мкм) свет особенно сильно поглощается хлорофиллом. Видимый свет также обеспечивает возможность животных ориентироваться в пространстве.

Инфракрасные лучи солнечного спектра являются источником тепловой энергии.

В зависимости от условий обитания растения адаптируются к тени — теневыносливые растения — или, напротив, к яркому солнцу — светолюбивые растения. К последней группе относятся, например, хлебные злаки. Однако и у светолюбивых растений увеличение интенсивности освещения сверх оптимальной подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получить высокие урожаи культур, богатых белком.

Очень важную роль в регуляции активности живых организмов и их развития играет продолжительность воздействия света — фотопериод. В умеренных зонах, севернее и южнее экватора, цикл развития растений и животных приурочен к сезонам года и подготовка к изменению температурных условий осуществляется на основе сигнала — длины дня, которая в отличие от других сезонных факторов в определённое время года в данном месте всегда одинакова.

Фотопериод представляет собой как бы пусковой механизм, включающий физиологические процессы, последовательно приводящие к росту, цветению растений весной, плодоношению летом и сбрасыванию ими листьев осенью (рис. 177), а также к линьке и накоплению жира, миграции и размножению у птиц и млекопитающих, наступлению стадии покоя у насекомых. Изменение длины дня воспринимается органами зрения у животных или специальными пигментами в листьях растений.

Кроме сезонных изменений смена дня и ночи определяет суточный ритм активности как целых организмов, так и физиологических процессов. Способность организмов ощущать время, наличие у них «биологических часов» — важное приспособление, обеспечивающее выживание особи в данных условиях среды.

Влажность. Вода — необходимый компонент клетки, поэтому количество её в тех или иных местах обитания служит ограничивающим фактором для растений и животных и определяет характер флоры и фауны в данной местности. Избыток воды в почве приводит к развитию болотной растительности (рис. 178), а недостаток приводит к формированию пустынных почв. В зависимости от влажности почвы и годового количества осадков в разных природных зонах планеты меняется видовой состав растительных сообществ. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, которые переходят в лесостепь. При дальнейшем повышении сухости почвы высокотравье уступает место низкотравью (рис. 179). При годовом количестве осадков 250 мм и менее развивается пустынный ландшафт. Неравномерное распределение осадков по временам года также является важным ограничивающим фактором для организмов.

Также в природе происходят суточные колебания влажности воздуха, которые наряду со светом и температурой регулируют активность организмов. Влажность, как экологический фактор, важна и тем, что изменяет эффект температуры. Температура оказывает более выраженное влияние на организм, если влажность очень высока или низка. Точно так же роль влажности повышается, если температура близка к пределам выносливости данного вида. Для видов растений и животных, обитающих в зонах с недостаточной степенью увлажнения, характерно наличие эффективных приспособлений к неблагоприятным условиям засушливости (рис. 180). У растений мощно развита корневая система, повышено осмотическое давление клеточного сока, способствующее удержанию воды в тканях, утолщена кутикула листа, сильно уменьшена или превращена в колючки листовая пластинка. У некоторых растений (саксаул) листья утрачиваются, а фотосинтез осуществляется зелёными стеблями. При отсутствии воды рост пустынных растений прекращается. Кактусы способны запасать большие количества воды в тканях и экономно её расходовать.

У пустынных животных также есть целый ряд физиологических приспособлений, позволяющих переносить недостаток воды. Мелкие животные — грызуны, пресмыкающиеся, членистоногие — извлекают воду из пищи. Источником воды служит и жир, накапливающийся у некоторых животных в больших количествах (горб у верблюдов). В жаркое время года многие животные, например грызуны и черепахи, впадают в спячку, продолжающуюся несколько месяцев.