08. Абиотические факторы: температура и освещенность

Классификация экологических факторов

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

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).

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. 

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.

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. Bioword.narod.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.