Абіотичні фактори середовища

Все живе на Землі пов'язано з середовищем проживання, яка включає різноманітні географічні області і населяють їх спільноти живих організмів. За характером дії зв'язку організму з середовищем можуть бути абіотичними (сюди відносяться фактори неживої природи – фізичні та хімічні умови середовища) і біотичними (фактори живої природи – міжвидові і внутрішньовидові взаємовідносини).
Життєдіяльність організмів неможлива без постійного припливу енергії з-поза. Її джерелом є Сонце. Обертання Землі навколо своєї осі призводить до НЕ-рівномірному розподілу енергії Сонця, його теплового випромінювання. У зв'язку з цим атмосфера над сушею і океаном нагрівається неоднаково, а відмінності в температурі місць-ності і тиску викликають переміщення повітряних мас, зміна вологості повіт-ха, що впливає на хід хімічних реакцій, фізичних перетворень і прямо або непрямо-но – на всі біологічні явища (характер розселення життя, біоритми і т. п.). Регу-лірующее вплив на щільність життя надає комплекс факторів: світло, температура, вода, мінеральні поживні речовини та ін Еволюція життя здійснювалася в на-правлінні ефективного пристосування до цих чинників: 'коливань вологості, ос-вещеніе, температури, вітру, сили тяжіння та ін Взаємозв'язки організмів між собою і з середовищем проживання вивчає наука екологія. Розглянемо значення, окремих екологічн-ських чинників.
Світло – основне джерело енергії на Землі. Природа світла двоїста: з од-ної боку він являє собою потік елементарних фізичних частинок – корпус-кул, або фотонів, які не мають заряду, з іншого – має хвильовими властивостями. Чим менше довжина хвилі фотона, тим вище його енергія, і навпаки. Енергія фотонів служить джерелом забезпечення енергетичних потреб рослин при фотосинтезі, поет-му зелена рослина не може існувати без світла.
Світло (освітленість) являє собою потужний стимул активності організмів – фо-топеріодізма в житті рослин (зростання, цвітіння, опадання листя) і тварин (линька, накопичення жиру, міграції і розмноження птахів і ссавців, наступ стадії спокою – діапаузи, поведінкові реакції та ін .). Тривалість світлового дня за-висить від географічної широти. З цим пов'язане існування рослин довгого дня, цвітіння яких настає при тривалості світлого періоду доби 12 год і більше (картопля, жито, овес, пшениця та ін), і рослин короткого дня з фотоперіодом 12 год і менше (більшість тропічних квіткових рослин, соя , просо, коноплі, кукурудза і багато інших рослин помірної зони). Але є рослини, цвітіння яких не залежить від довжини дня (томати, кульбаба та ін.) Ритми освітленості викликають у тварин раз-особисту активність в денний і нічний час доби або в сутінки, а також сезонні яв-лення: навесні – підготовку до розмноження, восени – до зимової сплячки, линьку.
Короткохвильова радіація Сонця (290 нм) являє собою ультрафіолетового-ші промені (УФ). Велика частина їх поглинається шаром озону у верхніх ділянках атмосфе-ри; на Землю проникають УФ-промені з меншою енергією (300-400 нм), які згубник-ни для багатьох мікроорганізмів і їх спор; в організмі людини і тварин ці промені активують синтез вітаміну Д з холестерину і утворення пігментів шкіри і очі. Середньохвильова радіація (600-700 нм) являє собою помаранчеву частину спектру і поглинається рослиною при фотосинтезі.
Як прояв пристосувальних реакцій на зміну дня і ночі у тварин і людини спостерігається добова ритмічність інтенсивності обміну речовин, частоти дихання, серцевих скорочень і рівня кров'яного тиску, температури тіла, кле-точних поділок і т.д. У людини виявлено більше ста фізіологічних процесів біо-рітмологіческого характеру, завдяки яким у здорових людей спостерігається согласен-ванность різних функцій. Дослідження біоритмів має велике значення для раз-ництва заходів, що полегшують адаптацію людини до нових умов при далеких Перелив-тах, переселення людей у райони Сибіру, Далекого Сходу, Півночі, Антарктиди.
Вважають, що порушення регуляторних механізмів з підтримання внутрішнього середовища організму (гомеостазу) – наслідок урбанізації та індустріалізації: чим довше ор-ганизмов ізольований від зовнішніх кліматичних факторів і знаходиться в комфортних умо-вах мікроклімату приміщення, тим помітніше знижуються його пристосувальні реакції до зміни погодних факторів , порушується здатність до терморегуляції, частіше метушні-кают розлади серцево-судинної діяльності.
Біологічний ефект фотонів полягає в тому, що їх енергія в організмі тварин ви-викликають збуджений стан електронів в молекулах пігментів (порфіринів, каротиноїдного-Ноїда, флавінів), які виник надлишок своєї енергії передають іншим молеку-лам, і таким шляхом запускається ланцюг хімічних перетворень . Білки і нуклеїнові ки-слоти поглинають УФ-промені з довжиною хвилі 250-320 нм, що може викликати генетичні ський ефект (генні мутації); промені меншої довжини хвилі (200 нм і менше) не тільки збуджують молекули, але і можуть їх зруйнувати .
В останні роки велика увага приділяється вивченню процесу фотореактивації – здатності клітин Мікроорганізмів послаблювати і повністю усувати ушкоджує ефект УФ-опромінення ДНК, якщо опромінені клітини вирощувати потім не в темряві, а на видимому світлі. Фотореактивації – явище універсальне, здійснюється за участю специфічних клеточ ферментів, дія яких активується квантами світла певної довжини хвилі.
Температура робить регулюючий вплив на багато процесів життя рас-теній і тварин, змінюючи інтенсивність обміну речовин. Активність клітинних ферментів лежить в межах від 10 до 40 ° С, при низьких температурах реакції йдуть замед-повільно, але при досягненні оптимальної температури активність ферментів восстанавли-ється. Межі витривалості організмів щодо температурного чинника для більшості видів не перевищують 40-45 ° С, знижені температури надають менш несприятливий вплив на організм, ніж високі. Життєдіяльність організму здійснюється в межах від -4 до 45 ° С. Однак невелика група нижчих організмів здатна мешкати в гарячих джерелах при температурі 85 ° С (сірчані бактерії, Синезій-ление водорості, деякі круглі черв'яки), багато нижчі організми легко витримай-вають дуже низькі температури (їх стійкість до замерзання пояснюється високою концентрацією солей і органічних речовин в цитоплазмі).
У кожного виду тварин, рослин і мікроорганізмів виробилися необ-дімие пристосування як до високих, так і до низьких температур. Так, багато насеко-мі при настанні холодів ховаються у грунті, під корою дерев, в тріщинах скель, жаби зариваються в мул на дні водойм, деякі наземні тварини впадають в сплячку і заціпеніння. Пристосування від перегріву в жарку пору року у рослин ви-ражается у збільшенні випаровування води через продихи, у тварин – у вигляді випаровування води через дихальну систему і шкірні покриви. Тварини, що не володіють систе-мій активної терморегуляції (холоднокровні, або пойкілотермние), коливання зовн-ній температури переносять погано, тому їх ареали на суші щодо обмежені (амфібії, рептилії). З настанням холодів у них знижується обмін речовин, потреб-ня їжі і кисню, вони занурюються в сплячку або впадають у стан анабіозу (різке уповільнення життєвих процесів при збереженні здатності до пожвавлення), а за сприятливих погодних умов пробуджуються і знову починають активне життя. Спори і насіння рослин, а серед тварин – інфузорії, коловертки, клопи, кліщі та ін – можуть багато років знаходитися в стані анабіозу. Теплокровность у ссавців і птахів дає їм можливість переносити несприятливі умови в активному со-стоянні, користуючись притулками, тому вони в меншій мірі залежать від навколишнього середовища. У період надмірного підвищення температури в умовах пустелі тварини пристосувалися переносити спеку шляхом занурення в літню сплячку. Рослини пустель і напівпустель навесні за дуже короткий термін завершують вегетацію і після дозрівання насіння скидають листя, вступаючи у фазу спокою (тюльпани, тонконіг цибулинний, іері-хонская троянда та ін.)
Вода. Енергією Сонця вода піднімається з поверхні морів і океанів і віз-обертається на Землю у вигляді різноманітних опадів, надаючи різнобічний вплив на організми. Вода – найважливіший компонент клітини, на її частку припадає 60-80% її маси. Біологічне значення води обумовлено її фізико-хімічними властивостями. Молекула води полярна, тому вона здатна притягатися до різних іншим молі-Кулам і послаблювати інтенсивність взаємодії між зарядами цих молекул, утворюючи з ними гідрати, тобто виступати в якості розчинника. Багато, речовини вступають у різноманітні хімічні реакції тільки в присутності води.


Діелектричні властивості, наявність зв'язків між молекулами обумовлюють велику теплоємність води, що створює в живих системах "теплової буфер", предохра-няя нестійкі структури клітини від ушкодження при місцевому короткочасному освоєння-бождение теплової енергії. Поглинаючи тепло при переході з рідкого в газоподібний з-стояння, вода виробляє охолоджуючий; ефект випаровування, використовуваний організмами для регуляції температури тіла. Завдяки великій теплоємності вода відіграє роль ос-новного терморегулятора клімату. Її повільне нагрівання та охолодження регулюють коливання температури океанів і озер: влітку та вдень у них накопичується тепло, яке вони віддають взимку і вночі. Стабілізації клімату сприяє також постійний обмін діоксидом вуглецю між повітряного і водного оболонками земної кулі і гірськими по-родами, а також рослинним і тваринним світом. Вода виконує транспортну роль у переміщенні речовин грунту зверху вниз і в зворотному напрямку. У грунті вони служить середовищем існування для одноклітинних організмів (амеби, жгутикові, інфузорії, водо-росли).
Залежно від режиму вологи рослини в місцях і звичайного виростання поділяються на гігрофіти-рослини надлишкового зволожених місць, мезофіти-рослини достатньо зволожених місць і ксерофіти – рослини сухих середовищ. Є ще група водних квіткових рослин – гідрофіти, які живуть у водному середовищі (стрілолист, елодея, роголистник). Недолік вологи служить обмежуючим фактором, що визначає межі життя і її зональний розподіл. При нестачі во-ди у тварин і рослин виробляються пристосування до її добування і збереженню-нію. Одна з функцій листопаду – пристосування проти надмірної втрати води. У рослин посушливих місць листя дрібні, іноді у формі лусочок (у цьому випадку стебло приймає на себе функцію фотосинтезу); тій же меті служить розподіл продихів на аркуші, яке може зменшувати випаровування води. Тварини в умовах сильно знижений-ної вологості щоб уникнути втрати води активні вночі, вдень вони ховаються в норах і навіть впадають в заціпеніння або сплячку. Гризуни не п'ють воду, а поповнюють її з рости-котельної їжею. Своєрідним резервуаром води для тварин пустель є жиро-ші відкладення (горб у верблюда, підшкірні відкладення жиру у гризунів, жирове тіло у комах), з яких надходить вода, що утворюється в організмі при окисних реакціях в ході розщеплення жиру. Таким чином, всі факти пристосованості орга-нізмів до умов життя – яскрава ілюстрація доцільності в живій природі, віз-нікшего під впливом природного відбору.
Іонізуюче випромінювання. Випромінювання з дуже високою енергією, яке спо-собно призводити до утворення пар позитивних і негативних іонів, називається іонізуючим. Його джерелом є радіоактивні речовини, які у гір-них породах; крім того, воно надходить з космосу. З трьох видів іонізуючого випромінювання-чення, що мають важливе екологічне значення, два являють собою корпускулярне випромінювання (альфа-і бета-частинки), а третє-електромагнітне (гамма.-випромінювання і близьке йому рентгенівське випромінювання). Гамма-випромінювання легко проникає в живі тканини; це випромінювання може пройти крізь організм, не надавши жодного впливу, або ж може викликати іонізацію на великому відрізку свого шляху.
У цілому іонізуюче випромінювання надає на більш високорозвинені і складні організми найбільш, згубну дію; людина відрізняється особливою чутливо-стю.
Забруднюючі речовини. Ці речовини можна розділити на дві групи: природ-ні сполуки, що є відходами технологічних процесів, і штучні со-єднання, що не зустрічаються в природі.
До 1-ї групи належать сірчистий ангідрид, вуглекислий газ, оксиди азоту, вуглецю, вуглеводні, сполуки міді, цинку і ртуті та ін, мінеральні добрива.
У 2-у групу входять штучні речовини, що володіють спеціальними свій-ствами, що задовольняють потреби людини: пестициди, використовувані для бо-би з тваринами – шкідниками сільськогосподарських культур, антибіотики, застосовувані в медицині та ветеринарії для лікування інфекційних захворювань. До пестицидів відносяться інсектициди – засоби для боротьби з шкідливими комахами і гербіциди -. засоби для боротьби з бур'янами. Всі вони володіють певною токсичністю (отрут-тостью) для людини. До абіотичних факторів відносяться також атмосферні гази, мінеральні речовини, барометричний тиск, рух повітряних мас і гідро-сфери (протягом), мінеральна основа грунту, солоність води і грунту.
Зупинимося на значенні мінеральних елементів. Ряд неорганічних речовин знахо-диться в організмі у складі солей, а при дисоціації утворюють іони (катіони і Анио-ни): Na +, Mg2 +, РО43-, Сl-, К +, Са2 +, СО32-, NO3-. Значення іонного складу в клітці виявляється на багатьох сторонах її життєдіяльності. Наприклад, калій вибірково взаємодіє з скорочувальним білком м'язів – міозином, знижуючи в'язкість клеточ-ного соку і викликаючи розслаблення м'язів. Кальцій посилює в'язкість цитоплазми і сти-мулірующее м'язове скорочення, знижує поріг збудливості нервів і звільняється з мембранної системи при м'язовому скороченні. У великих дозах кальцій споживається молюсками і хребетними, яким він необхідний для росту раковини і кісток. На-стрия багато у тварин переважно в позаклітинній рідини, а калію – всередині клітини; їх взаімоперемещеніе створює різниця електричних потенціалів між жид-кістками всередині і поза клітинами, що лежить в основі передачі нервових імпульсів.
Іони магнію впливають на агрегацію рибосом: при зниженні їх концентрації рибосома розпадається на дві частини. Магній входить до складу молекули хлоро-Філле й деяких ферментів. Для здійснення фотосинтезу рослинам необхідні Mn, Fe, Cl, Zn; для азотистого обміну – Мо, В, Со, Сu, Si. До складу молекули гемоглобі-на входить залізо, до складу гормону щитовидної залози – йод. Цинк бере участь у ба-гих реакціях гідролізу, розриваючи зв'язку між атомами вуглецю і кисню. Отсутст-віє або нестача Na +, Mg2 +, К +, Са2 +, веде до втрати збудливості клітини та її гині-чи.
У природних умовах недолік тих чи інших мікроелементів призводить до розвитку ендемічних (властивих тільки певній місцевості) захворювань чоло-століття: ендемічного зобу (нестача йоду у питній воді), флюорозу і крапчатості зу-бов (надлишкове надходження в організм фтору) та ін Недолік міді в травах, проізра-стающую на болотистих і торф'яних грунтах, веде до анемії у великої рогатої худоби, розладу травної системи, ураження центральної нервової системи, з-трансформаційних змін кольору шерсті і т. д.
Небажаний також надлишок мікроелементів. Зокрема, в деяких місцевостях відомий стронцієвий рахіт і хронічний молібденовий токсикоз у тварин по-ніс у великої рогатої худоби, падіння удою, зміна кольору шерсті). Багато питань про роль мікроелементів у виникненні тих чи інших фізіологічних порушень вивчений-ни поки недостатньо.