Биоэкология

Фотопериодизм – реакция живых организмов на сезонные изменения длины дня. Весной начинают расти и цвести растения, происходит размножение животных. Осенью листопадные деревья сбрасывают листья, некоторые животные впадают в спячку, многие птицы мигрируют. В широтах, где нет значительных сезонных изменений климата, виды не проявляют фотопериодических реакций (у тропических деревьев плодоношение и цветение растянуто во времени).

Свет для животных – необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Полнота зрительного восприятия окружающей среды зависит у животных от степени эволюционного развития. Органы зрения из отдельных глазков не дают изображения предметов, а воспринимают только колебания освещенности, чередование света и тени. Образное видение возможно только при достаточно сложном устройстве глаза. Наиболее совершенные органы зрения, позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние. Такие органы зрения – глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых.

Способность к объемному видению зависит от угла расположения глаз и от степени перекрывания их полей зрения. Объемное зрение, например, характерно для человека, приматов, ряда птиц. Понятие видимого света условно, например, для человека область видимых лучей – от фиолетовых до темно-красных, а гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра.

Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних перелетов. Способность птиц к навигации доказана многими опытами. Птицы с математической точностью выбирают направление полета, преодолевая иногда тысячи километров от гнездовий до мест зимовок. При таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ориентируются по солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света. Среди насекомых эта способность особенно развита у пчел. Пчелы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том, куда лететь за взятком, используя в качестве ориентира положение солнца. Пчела-разведчица, нашедшая нектар, возвращается в улей и начинает на сотах танец, она описывает фигуру в виде восьмерки, поперечная ось которой наклонена по отношению к вертикали. Угол наклона соответствует углу между направлениями на солнце и на источник корма.

1.4.2. Температура

Температура – один из важнейших климатических факторов. Температура оказывает на живые существа не только прямое влияние, но и косвенное. Температурные условия могут изменяться под действием живых организмов, в первую очередь, растительных сообществ, которые трансформируют тепловой режим под своим пологом: нет резких колебаний температуры, как на открытых местах (в жаркую погоду прохладней, в холодную теплее).

Температурные пороги

Необратимые нарушения структур белков возникают при температуре 60 °С, однако, отдельные бактерии живут в источниках при температуре 7090 °С, а споры некоторых бактерий выдерживают до 130150 °С. В неактивном состоянии некоторые спорообразующие бактерии выдерживают до +200 °C в течение нескольких десятков минут.

Отрицательное воздействие высоких температур связано с инактивацией, а иногда даже денатурацией ферментов у организмов. Высокие температуры нарушают обмен веществ. У растений, например, дыхание осуществляется интенсивнее, чем фотосинтез, так как продукты обмена расходуются быстрее, чем образуются.

Влияние температуры зависит от относительной влажности воздуха: чем выше относительная влажность, тем ниже опасность обезвоживания.

Гибель от высоких температур зависит от продолжительности воздействия.

На определенных стадиях организмы обладают повышенной устойчивостью к высокой температуре (покоящиеся структуры, например, семена). Для многих видов оптимальной является температура 2030 ⁰С. Нижние температурные пороги иные: диапазон температур очень велик, большинство низших животных выдерживают падение температуры до 0 ⁰С. Насекомые переносят температуру до 45 ⁰С (некоторые лишь до 20 ⁰С). Некоторые тропические растения погибают при температуре немногим выше 0 ⁰С, из-за инактивации ферментов и нарушения некоторых метаболических процессов. Гибель при отрицательных температурах происходит из-за повреждающего действия, связанного с образованием кристаллов льда, прежде всего, внутри клеток.

Растения в Якутии, мхи и лишайники в Антарктиде переносят чрезвычайно низкие температуры. Многие организмы не погибают, потому что имеют физиологические механизмы, предотвращающие образование кристаллов льда внутри клетки.

Некоторые организмы переносят зиму в виде особо устойчивых, покоящихся стадий. Например, к зиме растения приобретают холодоустойчивость (способность переносить сильные морозы), в то время как летом для них могут оказаться губительны даже слабые заморозки.

Некоторые семена и споры могут перенести в экспериментальных условиях даже температуру близкую к 273 ⁰С.

От воздействия температуры зависит скорость и интенсивность физико-химических реакций в тканях и клетках организма.

Существуют два разных типа адаптации к температуре: пассивный и активный. Для пойкилотермных (от греч. poikilos изменчивый, меняющийся + therme теплота, жар) организмов (также называют экзотермными организмами) характерен пассивный тип адаптации; к ним относятся все классы органического мира, кроме птиц и млекопитающих. Для пойкилотермных организмов характерна неустойчивость температуры тела, так как их тепловой режим зависит от изменений температуры окружающей среды, у них, благодаря относительно низкому уровню обмена веществ, главным источником поступления тепловой энергии является внешнее тепло. Абсолютная экзотермность наблюдается только у маленьких организмов, однако, большинство организмов способны к слабой регуляции температуры тела. Активность экзотермных организмов определяется скоростью их разогрева. Иногда достаточно небольшой дозы прямого солнечного облучения, чтобы вызвать резкое повышение температуры тела (изменение температуры приводит к изменению активности: насекомые, ящерицы и многие другие животные в холодные дни становятся вялыми, малоподвижными).

Растения являются организмами прикрепленными, они должны существовать в условиях температур, характерных для мест их произрастания. Тепловой режим растений достаточно изменчив. Температура разных органов различается в зависимости от их расположения относительно падающих солнечных лучей и степени нагретости слоев воздуха. Тепло поверхности почвы и приземного слоя воздуха играет очень важную роль для арктических и высокогорных растений. Приземистость, шпалерные и подушковидные формы роста, прижатость листьев к субстрату позволяет растениям лучше использовать тепло в условиях, где его мало.

В дни с переменной облачностью надземные органы растений испытывают резкие перепады температуры. Например, у жителя дубрав – пролески сибирской, когда облака закрывают солнце, температура листьев может упасть с +(25–27)° С до +(10–15)° С, а затем, после того как появится солнце, подняться до прежнего уровня. У многих растений разница температур может быть заметна даже в пределах одного листа. Верхушка и края листьев могут быть холоднее, поэтому при ночном охлаждении в этих местах в первую очередь конденсируется роса и образуется иней.

Важная адаптация отведения избытка тепла и предотвращения ожогов – устьичная транспирация. Усиление транспирации при повышении температуры окружающей среды охлаждает растение. Однако это эффективно только в условиях достаточного водообеспечения, что редко бывает в засушливых экосистемах.

Морфологические адаптации растений направлены на предотвращение перегрева. Это происходит благодаря густой опушенности листьев, рассеивающей часть солнечных лучей, а глянцевитая поверхность, способствует их отражению.

По степени адаптации к высоким температурам можно выделить следующие группы растений:

– нежаростойкие растения повреждаются уже при +(30–40) °С (водные цветковые, ряд растений наземных экосистем);

–жаровыносливые растения переносят получасовое нагревание до +(50–60) °С (растения сухих местообитаний).

Ряд растений регулярно испытывают действие пожаров, когда температура кратковременно повышается до сотен градусов. Пожары регулярны в саваннах, в сухих жестколистных лесах и ряде других экосистем. Там произрастают вместе с другими растениями группа – растений– пирофитов, устойчивых к пожарам. У деревьев этой группы на стволах толстая корка, пропитанная особыми огнеупорными веществами, надежно защищающими внутренние ткани. Плоды и семена пирофитов имеют толстые, часто одревесневшие покровы, которые растрескиваются, будучи опалены огнем.