Реферат: Абіотичні фактори середовища
Здібність до змін в популяціях дозволяє організмам декілька згладжувати дію обмежуючих чинників. Пристосовність організмів завжди носить інтегральний характер, істоти адаптуються до всього комплексу екологічних чинників, а не до якого-небудь одному. Комплекс чинників, необхідних для існування певного вигляду, включаючи його зв'язки з іншими видами в екосистемі, називається екологічною нішею.
Абіотичні чинники середовища: світло і вологість
Серед абіотичних чинників найбільше значення мають кліматичні чинники: світло, вологість і температура.
Світло. Сонячне випромінювання — основне джерело енергії для більшості організмів планети. Автотрофні рослини використовують сонячне світло для побудови кліток і тканин. Вони перетворять енергію світла в енергію хімічних зв'язків АТФ, використовуваних для синтезу органічних сполук. Надалі енергія зелених рослин перерозподіляється між іншими організмами відповідно до харчових стосунків. На синтез біомаси використовується до 1% сонячної енергії, що поступає на Землю.
У сонячному світлі важливо три спектральні діапазони, що розрізняються по біологічній дії: ультрафіолет, видиме і інфрачервоне світло.
Ультрафіолет з довжиною хвилі менше 0,29 мкм викликає інтенсивну денатурацію біополімерів і згубний для всього живого. Він затримується озоновим шаром атмосфери, поверхні землі досягає лише невелика частина ультрафіолетових променів (0,3-0,4 мкм), в невеликих кількостях корисних тваринам і людині. Без них рослини набувають надмірно витягнутої форми. Під їх дією утворюється вітамін D.
Видиме світло складається з блакитних, зелених, помаранчевих і червоних променів (0,4-0,75 мкм) і складає велику частину променистої енергії. Зелені рослини здійснюють фотосинтез органічних сполук за рахунок енергії видимої частини спектру. Видимі промені вільно проходят крізь хмари і воду, тому фотосинтез можливий і в похмуру погоду, і у водоймищах на глибині в десятки і сотні метрів (в червоних водоростей).
Найбільш сприятливі оранжево-червоні промені (0,6-0,7 мкм). Синьо-фіолетові промені (0,4-0,5 мкм) поглинаються хлорофілом, каротиноїдами і іншими компонентами клітки, але вони удвічі менш ефективні, чим оранжево-червоні. Найменшу біологічну активність мають зелені промені (0,5-0,6 мкм), вони не поглинаються рослинами, і більшість рослин мають зелений колір.
Інфрачервоні промені (більше 0,75 мкм) не сприймаються оком людини, але на їх частку доводиться до 40% загальної кількості променистої енергії. Вони зігрівають рослини і тварин, добре поглинаються грунтом і водою. Істотна частина інфрачервоних променів, що поступають від Сонця, а також власне теплове випромінювання Землі поглинаються вуглекислим і деякими іншими газами, підвищуючи температуру атмосфери і створюючи парниковий ефект.
Залежно від вимогливості до кількості світла рослини можуть бути світлолюбними (хлібні злаки, береза) або тіньовитривалими (лісові чагарники, мохи), в лісі вони займають різні екологічні ніші — різні яруси лісу.
Тварини використовують сонце для географічної орієнтації. Деякі комахи здатні розрізняти ультрафіолетові промені, це дозволяє їм успішно орієнтуватися на місцевості в хмарну погоду. У зв'язку з добовим світловим ритмом у більшості тварин активність доводиться на денний час, лише деяка частина організмів пристосована до нічного способу життя — вони займають свою екологічну нішу.
Хемотрофнаі частина гетеротрофних організмів здатні обходитися без світла, вони мешкають в глибоких шарах грунту, печерах і океанічних глибинах. Для більшості організмів світло необхідне, вони пристосовані до певного режиму освітленості. Для істот важливі не лише довжина хвилі і інтенсивність світла, але і тривалість його дії.
Фотоперіодизм. Весной в організмах включаються фізіологічні процеси, що наводять до зростання і цвітіння рослин, у птиць пробуджуються гніздові інстинкти. З наближенням осені рослини скидають листя, тварини линяють і нагромаджують жир, птиці збиваються в перелітні зграї, у комах настає стадія спокою. Сигналом для всіх цих змін служить тривалість дня, з астрономічною точністю що визначає пору року. Реакцію організмів на тривалість дня називають фотоперіодизмом.
Якщо сіянці берези штучно освітлювати більше 15 годин на добу, то вони зростають безперервно, якщо ж тривалість опромінення понизити до 10-12 годин, сіянці скидають листя і переходять в полягання зимового спокою навіть в дуже теплому приміщенні. Зміна забарвлення і обпадання осіннього листя відбувається в дерев в жорсткі календарні терміни і не виявляє прямої залежності від погоди. У Європейській частині Росії початок вересня буває теплішим за кінець серпня, проте, листопад завжди починається у вересні. Багато листопадних дерев середньої смуги — дуб, верба, граб, бук — в південних умовах з довгим днем стають вічнозеленими.
Комахи навіть при високій температурі із зменшенням тривалості дня впадають в стан зимового спокою. Якщо гусеницю метелика-капусниці містити в умовах довгого дня, то з лялечки швидко виходить метелик, якщо тривалість освітленості скоротити до 14 годин на добу, то навіть влітку формується зимуюча лялечка, яка не розкривається багато місяців.
Широко поширені види в різних частинах ареалу по-різному реагують на тривалість дня. Зростання і розвиток личинок в метелика стрельчатки щавлевою припиняється в районі Сухумі при довжині дня 14,5 годинах, Вітебська — 18, Санкт-Петербурга — 19,5 годин.
Дотримання організмів ходу власного біологічного годинника має вирішальне значення для виживання. Погода частенько виявляється брехливою: жарка осінь раптом змінялася заморожуваннями, а тимчасові похолодання можуть статися і влітку, але організми з неодмінністю слідують календарю. Біологічний годинник деяких рослин здатний "відлічувати" роки. Передпосівною обробкою холодом удається змістити стрілки біологічного годинника насіння на рік вперед і досягти колосіння озимини при весняному посіві, а цвітіння і плодоносіння дворічних рослин — вже в перший рік.
Вивчення фотоперіодизму в життєдіяльності організмів дозволило збільшити ефективність використання одомашнених рослин і тварин. При штучному освітленні в теплицях цілорічно вирощуються овочі, квіти, розсада, підвищується яйценоскість на птахофермах.
Фотоперіодизм у людей виражається в більшій оптимальній тривалості сну взимку (на 1-2 години). Ця різниця збільшується при переміщенні до полюса (тобто з подовженням ночі) і практично не залежить від клімату.
Вологість. Біохімічні реакції в клітках протікають у водному середовищі. Вода — прекрасний розчинник, вона ідеально пристосована для транспорту живильних речовин, гормонів і виведення продуктів обміну. Тому регуляція кількості води в живих організмах складає їх найважливішу фізіологічну функцію.
Від наявності води в екосистемі залежить характер її флори і фауни. При надлишку води розвивається болотяна рослинність, а її недолік формує пустинний ландшафт. Рівень вологості визначає інтенсивність дії температурного чинника. Якщо вологість дуже низька або висока, температура робить особливо сильний вплив, а при оптимальній вологості істотам легко переносити температури, близькі до меж витривалості.
Для проживання в посушливих умовах організми мають спеціальні пристосування. В посухостійких рослин розвинена коренева система (довжина коріння верблюжої колючки досягає 16 м), багато хто з них має густе опушування, товстий восковий шар, що перешкоджають випару. Саксаул в жаркий період втрачає листя, здійснюючи фотосинтез в зелених стеблах; вологолюбні рослини в подібних умовах в'януть і гинуть. Пустинні тварини як джерело вологи запасають жир, при окисленні якого утворюється велика кількість води.
Абіотичні чинники середовища: температура, радіація, хімічне забруднення
Температура. Цей кліматичний чинник істотно визначає швидкість біохімічних реакцій в клітках, впливаючи на більшість фізіологічних процесів від проходження нервових імпульсів до травлення. Дуже високі або дуже низькі температури згубні для організму. Висока температура руйнує біополімери, білки крові людини денатурують вже при 41-42°С.
У зв'язку з сезонними змінами клімату істоти наділені властивістю аклімації — можливістю змінювати межі витривалості. З настанням осяй морозостійкість рослин поступово підвищується (накопиченням в клітках вуглеводів). Весной вона різко знижується, і в разі заморозків рослини можуть загинути. У тварин при аклімації до зими міняється шерстяний або пір'яний покрив, збільшується жировий прошарок, запасається бурий жир.
У теплий час роки включаються фізіологічні механізми, що захищають від перегріву, збільшується кількість випарів через покриви і дихальну систему. Деякі комахи, пустинні гризуни і черепахи з настанням жаркого періоду впадають в літню сплячку.
Птиці і ссавці наділені механізмом терморегуляції, тому здатні переносити значні перепади температур. Комахи, плазуни, багато звірів і рослини переходять з настанням осені в стан зимового спокою. Для захисту від переохолодження кількість води в їх організмах знижується, накопичуються вуглеводи і гліцерин. Обмін речовин сповільнюється. Частота сердечних скорочень у ховраха близько 300 ударів в хвилину, під час сплячки — всього 3 удари, температура тіла знижується до +5°С. В трав'яних рослин зимують насіння, кореневі системи. Кліщі, малярійні комарі, мухи і багато метеликів зимують на стадії дорослої особини, а непарний шовкопряд і різні види тлею — на стадії яйця. Колорадський жук на зимівлю вирушає углиб грунти більш ніж на 1 метр.
Деякі істоти здібні до анабіозу — практично повній зупинці обміну речовин. Організм повністю зневоднюється, клітки висихають, міняють форму, але їх внутрішня будова не порушується. При відновленні сприятливих умов життєдіяльність поновлюється. Мухи, коловертки і нематоди витримують тривалі пониження температури до -190°С. В стані анабіозу енергія витрачається гранично економно, різко підвищується стійкість організму.
Підтримка нормальної життєдіяльності в несприятливих умовах вимагає від істот великих витрат енергії. Види, що мешкають у високих широтах, найбільш пристосовані до перепадів температур. Тундрові песці переносять коливання температур від +30°С до -55°С, даурская модрина витримує температуру до -70°С (біля Верхоянська). Тварини і рослини тропічних лісів пристосовані лише до невеликого діапазону температур, зниження температури до +5°С для них згубно. Окремі види бактерій і водоростей благополучно себе відчувають в гарячих джерелах при температурі до +123°С. Проте для більшості організмів найбільш сприятливим є діапазон від +15°С до +30°С.