Для жизни наземных растений и животных наибольшее значение имеют такие компоненты среды, как свет, температура, влажность. Важная особенность этих факторов заключается в их закономерном изменении как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. Поэтому и приспособления к ним имеют зональный и сезонный характер.
Свет. Солнечное излучение служит основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле.
В спектре солнечного излучения выделяются три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная [33].
Рис. 33. Биологические действия разных участков спектра солнечного излучения
Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого. Жизнь на Земле возможна лишь потому, что это коротковолновое излучение задерживается озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300-0,400 мкм). Они обладают высокой химической активностью и в большой дозе могут повреждать живые клетки. В небольших дозах ультрафиолетовые лучи необходимы человеку и животным.
Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм, на долю которых приходится большая часть энергии солнечного излучения, достигающего земной поверхности, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения синтезируют органическое вещество, следовательно, и пищу для всех остальных организмов за счет энергии именно этой части спектра. Для некоторых животных и бесхлорофилльных растений свет не является обязательным условием существования, и многие почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособлены к жизни в темноте.
Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм не воспринимаются глазом человека, но они являются важным источником внутренней энергии. Ими особенно богат прямой солнечный свет.
Световые условия в природе имеют отчетливую суточную и сезонную периодичность, которая обусловлена вращением Земли. В связи с суточным ритмом освещения у животных возникли приспособления к дневному и ночному образу жизни.
Температура. Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры внешней и внутренней. Особенно ясно зависимость от внешней температуры выражена у организмов, неспособных поддерживать постоянную температуру тела, т. е. у всех растений и большинства животных, кроме птиц и млекопитающих.
Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает.
Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов, но редко бывает выше 40-45ºС. Только немногие виды приспособлены к жизни при более высокой температуре.
Оптимальная температура зависит от условий обитания вида, к которым он приспособился на основе естественного отбора в течение предшествующей эволюции.
У организмов с непостоянной температурой тела повышение температуры окружающей среды вызывает ускорение физиологических процессов: обмена веществ, роста, развития и др. Поэтому до известного предела чем выше температура, тем короче время, необходимое для развития отдельных стадий или всего жизненного цикла.
У птиц и млекопитающих в процессе эволюции выработалась способность к терморегуляции – поддержанию постоянной температуры своего тела. Это важное приспособление обеспечило известную независимость высших животных от термических условий среды – способность к активной жизни при разной температуре. У большинства птиц температура тела несколько выше 40ºС, а у млекопитающих – несколько ниже. Она сохраняется на постоянном уровне независимо от колебаний температуры окружающей среды.
Влажность. Вода играет исключительно важную роль в жизнедеятельности клетки и организма в целом. Поддержание количества воды на достаточном уровне составляет одну из основных физиологических функций любого организма.
Роль влажности как экологического фактора для наземных организмов обусловлена тем, что осадки (а соответственно влажность воздуха и почвы) распределяются на земной поверхности в течение года очень неравномерно. Так как большинство наземных животных и растений влаголюбивы, то недостаток влажности часто оказывается причиной, ограничивающей их жизнедеятельность и распространение.
У организмов в процессе эволюции сформировались различные приспособления к добыванию и экономному расходованию влаги (вспомните растения и животных пустыни и полупустыни, засушливых степей), к переживанию засушливого времени года в состоянии покоя и др. Так, многолетние растения пустыни имеют сильно развитые корни, иногда очень длинные (например, у верблюжьей колючки до 16 м), достигающие влажного слоя, или чрезвычайно разветвленные.
Большинство животных пустыни может обходиться без воды; источником влаги для грызунов, пресмыкающихся, насекомых и других мелких животных служит пища. У некоторых животных вода образуется в организме в результате окислительных реакций. Поэтому характерные для многих обитателей пустыни обильные жировые отложения служат своеобразным резервом воды в организме, например горб у верблюда, подкожные отложения жира у грызунов. Зашитой от испарения воды у животных служит малая проницаемость наружных покровов тела.
Иной тип приспособления к недостатку влаги наблюдается у многих растений и животных, обитающих в условиях периодической сухости. У них возникает состояние покоя, которое характеризуется остановкой роста и развития, резко сниженным обменом. Некоторые грызуны и черепахи с наступлением жаркого и сухого периода в пустыне, когда выгорает растительность, впадают в летнюю спячку.
Состояние летнего покоя у многолетних растений часто сопровождается сбрасыванием листьев или полным отмиранием наземных частей, что имеет место у многих растений пустынь.
1. Какое значение имеют свет, влажность и температура природной среды дли организма? 2. В чем выражаются биологические воздействия ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных лучей на организм?
