Классы
Предметы

Абиотические факторы: температура и освещенность

Из этого урока вы узнаете о классификации факторов среды, познакомитесь с абиотическими факторами: температурой и освещенностью. Выясните, какие приспособления возникают у растений и животных в связи с необходимостью выживать при низких или высоких температурах, познакомитесь с такими экологическими группами животных, как психрофилы, термофилы и мезофилы. Кроме этого, вы узнаете о значении длины световой волны в жизни растений, о влиянии длительности и интенсивности излучения на распространение и жизненные циклы живых организмов. Узнаете, как ещё солнечный свет может влиять на нашу жизнь.

Классификация экологических факторов

Сегодня, мы поговорим об абиотических факторах, которые действуют на живые организмы в экосистемах (схема 1). 

Схема 1. Факторы среды

Абиотические факторы – факторы неживой природы.

Например, температура, влажность и освещённость.

Биотические факторы – это факторы живой природы.

Например, активность хищников или работа азотфиксирующих бактерий.

Биотические и абиотические факторы очень тесно связаны. Например, разрастание древесной формы способствует снижению освещенности (см. видео).

Антропогенные факторы – явления и процессы, которые определяются человеческой деятельностью.

К важнейшим абиотическим факторам относятся: температура, влажность, освещенность, химический состав среды.

Температура

Температура определяет скорость биохимических реакций в организме живых существ.

Организмы, которые могут поддерживать постоянную температуру тела, называются теплокровными. Другие организмы, температура которых зависит от температуры окружающей среды, называются холоднокровными. И первые, и вторые могут существовать только в определенных температурных рамках (рис. 1).

Рис. 1. Теплокровное (собака) и хладнокровное (лягушка) животное

Психрофилы

Особи и сообщества, которые существуют в области низких температур, называются психрофилами (любят холод) (см. видео).

К ним относятся сообщества тундры, горных вершин и льдов, биоценозы Арктики и Антарктики.  Психрофилы могут жить при отрицательной температуре и редко существуют при температуре выше +10оС.

Организмы, которые живут при высокой температуре, называют термофилами (любят тепло). Они встречаются в экваториальных и тропических лесах, не выносят охлаждения ниже +10оС, могут существовать при температуре +40оС и выше (см. видео). Экстремальные термофилы живут при температуре более +100оС.

Мезофилы

Особи и сообщества, предпочитающие средние температуры (от +10 до +30оС), называют мезофилами. Мы с вами и многие другие существа на Земле – мезофилы.

Животные выработали приспособления для борьбы с переохлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние покоя (анабиоз).

Интенсивность обмена веществ в анабиозе уменьшается. При подготовке к зиме в тканях этих животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетках уменьшается, в цитоплазме клеток накапливаются сахара и глицерин, препятствующий замерзанию. Морозостойкость зимующих организмов увеличивается. 

В жаркое время года, наоборот, включается физиологические механизмы, защищающие организм от перегрева. У растений увеличивается испарение с поверхности и транспирация воды через устьица, при этом поверхность листьев охлаждается. У животных увеличивается интенсивность испарения через потовые железы.

Освещенность

Следующий важный для живых организмов фактор – освещенность. На живых существ оказывает влияние длина световой волны воспринимаемого излучения, длительность излучения и интенсивность излучения.

Освещение необходимо растениям, потому что от него зависит световая фаза процесса фотосинтеза.

У животных освещенность определяет способность видеть (на свету или в темноте), нагревание поверхности тела, ряд важных биохимических и физиологических реакций, связанных с суточным циклом.

Смена светлого и темного периода суток – периодизм – определяет суточную активность животных и растений (см. видео).

В зависимости от времени активности, выделяют животных с ночным, дневным и сумеречным образом жизни.

Помимо суточных, есть более крупные циклы, например сезонные или годовые.

Классификация организмов по отношению к свету

Солнечный свет, который попадает на Землю можно разделить на три фракции:

Видимый свет – важен при дневном образе жизни, регулирует биохимические и физиологические процессы.

Инфракрасный свет – определяет нагрев поверхности организмов.

Ультрафиолетовый свет – определяет радиационно-зависимые процессы, убивает микроорганизмы, повреждает ферментные системы. 

Как вы видели выше, живые существа можно разделить на группы по отношению к свету. Более выражено это разделение у растений (см. видео). Выделяют три группы видов по отношению к освещенности:

Светолюбивыерастения растут на открытых пространствах, в условиях избытка прямого солнечного света.

Тенелюбивые растения предпочитают тенистые местообитания.

Теневыносливыерастения живут и в хорошо, и в слабо освещённых местах. 

Конечности птиц, как вы знаете, плохо защищены от холода. Другие теплокровные организмы не могут себе это позволить, поскольку охлаждение крови в ногах, вредит внутренним органам, к которым поступает охлажденная в ногах кровь. Но птицы приспособились, с одной стороны, не обогревать конечности, а с другой сохранять температуру крови, омывающей внутренние органы.

В ногах птиц артерии и вены контактируют непосредственно, в результате теплая кровь, согреваясь в артериях, охлаждает венозную кровь, направляющуюся к сердцу. Так как температура крови в ногах и теле отличается на десятки градусов, то на это не тратится дополнительная энергия (см. видео).

Жизнь в кипятке

Известно, что при температуре свыше +60оС белки денатурируют и организмы погибают. На этом феномене основан промышленный процесс пастеризации. Но недавно были обнаружены уникальные сообщества живых существ, живущие в желобах подводных гейзеров при температуре свыше +100оС (рис. 2). 

Оказалось, что их белки сохраняют свою четвертичную структуру, то есть не денатурируют при высокой температуре. Уникальная последовательность таких неденатурирующих белков была выработана на протяжении многих веков эволюции в горячих источниках. 

Рис. 2. Подводные сообщества термофильных организмов

Разноцветные водоросли

Различие окраски водорослей объясняется их приспособленностью к использованию в процессе фотосинтеза света из разных частей светового спектра.

Спектральные компоненты проникают в толщу воды на разную глубину, красные лучи проходят только верхние слои, а синие попадают значительно глубже. Для функционирования хлорофилла, необходимо излучение красной и синей части спектра (рис. 3).

В связи с этим, зеленые водоросли встречаются обычно только на глубинах в несколько метров.

Наличие пигмента, осуществляющего фотосинтез при желто-зеленом свете, позволяет бурым водорослям жить на глубинах до 200 м. 

Пигменты красных водорослей используют зеленый и синий свет, поэтому красные водоросли населяют глубины до 270 м.

Рис. 3. Распределение водорослей в толще воды в связи с наличием разных фотосинтетических пигментов. Зеленые водоросли живут у поверхности до 10 м глубины, бурые – на глубине до 200 м, а красные – на глубине 270 м и более.

Таким образом, вы познакомились с абиотическими факторами среды – температурой и освещенностью, а также с их значением в жизни живых существ.

 

Список литературы

  1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10–11 класс. – М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: (Источник
  2. Д.К. Беляев. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е издание, стереотипное. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с. (Источник)
  3. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. – 5-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2010. – 388 с. (Источник)
  4. В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е издание, дополненное. – М.: Дрофа, 2010. – 384 с. (Источник)

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Eco-mir.ru (Источник).
  2. Bioword.narod.ru (Источник).
  3. Sbio.info (Источник).
  4. Bio.fizteh.ru (Источник).
  5. Bioenc.ru (Источник).
  6. Biologiya-uroki.ru (Источник).

 

Домашнее задание

  1. Какие факторы, действующие на живых существ, вам известны? Какие классификации факторов существуют?
  2. Каковы температурные границы жизни? С чем они связаны?
  3. Какие приспособления возникли у животных и растений для борьбы с переохлаждением и перегревом?
  4. Как освещенность влияет на фотосинтезирующие организмы?
  5. Как состав фотосинтетических пигментов водорослей связан с их распространением?
  6. Возможна ли жизнь в кипятке? Какие приспособления необходимы для этого?
  7. Обсудите с друзьями, как можно использовать знания о влиянии абиотических факторов на живые организмы на практике.