Світло і його роль в житті рослин і тварин

Характеристика світла як екологічного фактора. Жива природа не може існувати без світла, так як сонячна радіація, що досягає поверхні Землі, є практично єдиним джерелом енергії для підтримки теплового балансу планети, створення органічних речовин фототрофних-ми організмами біосфери, що в підсумку забезпечує формування середовища, здатного задовольнити життєві потреби всіх живих істот.

Біологічне дію сонячного світла залежить від його спектрального складу, тривалості, інтенсивності, добової і сезонної періодичності.

Сонячна радіація являє собою електромагнітне випромінювання в широкому діапазоні хвиль, що складають безперервний спектр від 290 до 3 000 нм. Ультрафіолетові промені (УФЛ) коротше 290 їм, згубні для живих організмів, поглинаються шаром озону і до Землі не доходять. Землі досягають головним чином інфрачервоні (близько 50% сумарної радіації) і видимі (45%) промені спектру. На частку УФЛ, що мають довжину хвилі 290-380 нм, доводиться 5% променевої енергії. Довгохвильові УФЛ, що володіють великою енергією фотонів, відрізняються високою хімічною активністю. У невеликих дозах вони надають потужне бактерицидну дію, сприяють синтезу в рослин деяких вітамінів, пігментів, а у тварин і людини -- вітаміну D; крім того, у людини вони викликають засмагу, який є захисною реакцією шкіри. Інфрачервоні промені довжиною хвилі більш 710 нм надають теплове дію.

В екологічесшм відношенні найбільшу значимість представляє видима область спектру (390-710 нм), або фотосінтеті-но активна радіація (ФАР), яка поглинається пігментами хлоропластів і тим самим має вирішальне значення в житті рослин. Видиме світло потрібен зеленим рослинам для утворення хлорофілу, формування структури хлоропластів; він регулює роботу устьічного апарату, впливає на газообмін і тран-спірацію, стимулює біосинтез білків і нуклеїнових кислот, підвищує активність ряду світлочутливих ферментів. Світло впливає також на поділ і розтягування клітин, ростові процеси і на розвиток рослин, визначає терміни цвітіння і плодоношення, надає формотворне вплив.

Світловий режим будь-якого місця проживання залежить від його географічної широти, висоти над рівнем моря, стану атмосфери, рослинності, сезону та часу доби, сонячної активності і т.д. Тому різноманітність світлових умов на нашій планеті надзвичайно велике: від таких сильно освітлених територій, як високогір'я, пустелі, степи, до сутінкового висвітлення у водних глибинах і печерах. У різних місцепроживання розрізняються не тільки інтенсивність світла, але і його спектральний склад, тривалість освітлення, просторове і тимчасовий розподіл світла різної інтенсивності і т. д. Відповідно, різноманітні і пристосування рослин до життя при тому чи іншому світловому режимі.

Екологічні групи рослин по відношенню до світла. По відношенню до кількості світла, необходімого.для нормального розвитку, рослини підрозділяють натри екологічні групи.

Світлолюбні, або геліофіти, з оптимумом розвитку при повному освітленні; сильне затінення діє на них гнітюче. Це рослини відкритих, добре освітлених місцеперебувань: степові та лугові трави, прибережні і водні рослини (з плаваючим листям), більшість культурних рослин відкритого грунту, бур'яни та ін

Тіньолюбні, або тіньові, з оптимальним розвитком в межах 1/10-1/3 від повного освітлення, тобто для них прийнятні області поганого освітлення. До тенелюбам відносяться рослини нижніх ярусів затінених складних рослинних угруповань - темнохвойних і широколистяних лісів, а також водних глибин, ущелин скель, печер і т. д. Тенелюбамі є і багато кімнатні та оранжерейні рослини. У лісах Білорусі та Росії типовими тіньовими рослинами є копитень європейський, вітрогонка Дібровна, снить звичайна, чистотіл великий, кислиця звичайна, майнік дволиста та ін

Тіньовитривалі рослини мають широку екологічну амплітуду витривалості по відношенню до світла. Вони краще ростуть і розвиваються при повній освітленості, але добре адаптуються і до слабкого світла. До них відноситься більшість видів зони змішаних лісів - ялина, ялиця, граб, бук, ліщина, бузина, брусниця, конвалія травневий та ін

Адаптація рослин і тварин до світлового режиму. Під впливом різних умов світлового режиму у рослин виробилися відповідні пристосувальні якості. Перш за все це стосується величини листових пластинок: у геліофітов в порівнянні з теплолюбними вони зазвичай більш дрібні. Орієнтація листя у світлолюбний вертикальна або має різний кут по відношенню до сонячних променів, щоб уникнути надмірного світла і перегріву. Листя тіньовитривалих рослин, навпаки, орієнтовані до світла всією поверхнею листової пластинки і розташовані так, щоб не затінювати сусідні листя (листова мозаїка).

У багатьох геліофітов поверхню листової пластинки блискуча, покрита світлим восковим нальотом, густо опушена, що сприяє відображенню пекучих сонячних променів або ослаблення їх дії.

Світлові і тіньові рослини мають чіткі відмінності і по анатомічною будовою. Так, у геліофітов добре розвинені осьові органи з оптимальним співвідношенням ксілеми і механічних тканин, менш складні за формою листя з характерною диференціюванням мезофілла на стовпчастий і губчастий, високим ступенем жилкування, великим числом продихів на одиницю поверхні листа. У світлолюбних рослин кількість хлоропластів, що припадають на одиницю площі листової пластинки, у кілька разів більше, ніж у тіньолюбних. Самі хлоропласти у геліофітов більш дрібні і світлі (з малим вмістом хлорофілу), здатні до зміні орієнтування і переміщенням в клітці: на сильному світу вони займають постінному положення і стають «ребром» до напрямку променів, що захищає хлорофіл ог руйнування.

Тіньовитривалі рослини зустрічаються в місцепроживання з різним світловим режимом завдяки збільшення асиміляційної поверхні, зниження інтенсивності дихання і зменшення відносної маси нефотосінтезірующіх тканин, збільшення розмірів хлоропластів і концентрації хлорофілу. Крім того, в листі спостерігається слабка диференціювання на стовпчастий і губчастий мезофілл або така зовсім відсутній, відзначається порівняно мала кількість продихів й т. д.

Фотоперіодизм. Величезний вплив на життєдіяльність рослин і тварин надає співвідношення світлого (довжина дня) і темного (довжина ночі) періодів доби протягом року. Реакція організмів на добовий ритм освітлення, що виражається в зміні процесів їх росту та розвитку, називається Фотоперіодизм. Регулярність і незмінна повторюваність з року в рік даного я тичних дозволила організмам в ході еволюції узгоджувати свої найважливіші життєві процеси з ритмом цих тимчасових інтервалів. Під фотоперіодичних контролем знаходяться практично всі метаболічні процеси, пов'язані з ростом, розвитком, життєдіяльністю і розмноженням рослин і тварин.

За типу фотоперіодичних реакції (ФПР) розрізняють наступні основні групи рослин:

рослини короткого дня, яким для переходу до цвітіння потрібно 12 год світлого часу і менше на добу (коноплі, капуста, хризантеми, тютюн, рис);

рослини довгого дня; для цвітіння і подальшого розвитку їм потрібна тривалість безперервного світлового періоду більше 12 годин на добу (пшениця, льон, цибуля, картопля, овес, морква);

фотоперіодичних нейтральні; для них довжина фотоперіода байдужа і цвітіння настає при довжиною будь дня, крім дуже короткою (виноград, томати, кульбаби, гречка, флокси та ін.)

Рослини довгого дня виростають переважно в північних широтах, рослини короткого дня - в південних.

фотоперіодичних реакція властива як рослин, так і тваринам. Наприклад, квіткові рослини переходять від ве [-етатів-ного до генеративного розмноження (цвітіння і плодоношення) тільки в тому випадку, якщо фотоперіод їх розвитку має певну критичну величину. При цьому кожному виду властивий свій критичний фотоперіод. Виявилося, що рослини і тварини здатні «вимірювати» його тривалість з досить великою точністю. Так, для блекоти при 22,5 ° С критична довжина дня, що забезпечує цвітіння, становить 10 год 20 хв, але вже при 10-годинному фотоперіоде при цій же температурі рослина цвісти не буде. У бур'яну дурнішніка Пенсильванського необхідна довжина дня лежить між 15чі 15 год 30 хв. Важливо підкреслити, що на ФПР помітний вплив мають умови середовища. Наприклад, при 28,5 ° С для цвітіння блекоти потрібно не менше 11,5 год світла, в той час як при 15,5 ° С-лише 8,5 год

Сезонна ритміка у тварин найбільш яскраво проявляється в зміні оперення у птахів і шерсті у ссавців, періодичності розмноження та міграції, зимова сплячка деяких тварин і т. д.

Відомо, що найбільш сприятливий час для появи потомства у тварин - це час року, коли навколо достатню кількість корму. Так, яєчники і насінники голуба вяхирь починають дозрівати, коли тривалість дня превишаег 12 год, тобто здатності розмножуватися він, таким чином, досягає до травня. Сізому ж голуб для дозрівання статевих залоз потрібно 9-годинний світловий день, тому ця птиця готова до парування 2-3 рази на рік. Розходження в термінах розмноження пояснюється тим, що вяхирь харчується головним чином зерном пізно дозріваючих злаків, а сизий голуб - наявними всюди в достатку насінням бур'янів. У той Водночас міський голуб багату поживу знаходить у вуличних покидька практично в будь-яку пору року, тож у нього немає кращого часу розмноження. Аналогічна ситуація зустрічається і в інших одомашнених тварин.

Подібна фотопері одичну регуляція часу появи на світ нового потомства характерна і для більшої частини ссавців. Крім тварин з дліннодневним типом ФПР (найбільш поширених), зустрічаються і тварини з коротко-денним типом ФПР. При цьому перевагу мають ті, у яких вагітність триває тривалий час, а потомство народжується від весняного парування задовго до настання осінніх холодів. Наприклад, у кіз і овець плід розвивається 5-6 місяців, а в оленів та косуль - близько 9 місяців і спаровування відбувається в кінці літа або восени. Збільшення розмірів статевих залоз і їх повне дозрівання у них починаються з настанням коротких днів. Так, спарювання у козуль відбувається в липні-серпні, але запліднена яйцеклітина не впроваджується в слизову оболонку матки і не розвивається. Те й інше відбувається лише в другій половині грудня, і потомство з'являється на світ у травні, коли навколо достаток свіжих зелених рослин. Уповільнений впровадження заплідненої яйцеклітини спостерігається також у тюленів, ведмедів, борсука і деяких сумчастих.

Біологічні ритми характерні і для людини. Добові ритми виражаються у чергуванні сну і неспання, коливання температури тіла в межах 0,7-0,8 ° С (на світанку вона знижується, до полудня підвищується, увечері досягає максимуму, а потім знову знижується, особливо швидко після того, як людина засне), циклах діяльності серця та нирок і т. д.

Таким чином, здатність сприймати довжину дня і реагувати на неї широко поширена в світі живих істот. Це означає, що живі організми здатні орієнтуватися в часі, тобто вони володіють біологічним годинником. Іншими словами, для багатьох організмів характерна здатність відчувати добові, приливні, місячні та річні цикли, що дозволяє їм заздалегідь готуватися до майбутніх змін середовища.

Правильно підібравши режими освітлення, температури та інші фактори, найбільш відповідні біоритмів, можна помітно підвищити життєдіяльність і продуктивність розводяться тварин і рослин, причому без будь-яких додаткових витрат. Наприклад, завдяки збільшенню в теплицях, оранжереях і парниках світлового дня до 12-15 год взимку вирощують овочеві культури і декоративні рослини, прискорюють ріст і розвиток розсади. Подовживши за рахунок штучного освітлення світловий період взимку, можна збільшити яйценосність курей, качок, гусей, регулювати розмноження хутрових звірів на звірофермах.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://biology.asvu.ru