2015-05-06
5475
Оборудование: компьютеры, электронный учебник «Открытая биология»
Свет как экологический фактор имеет важнейшее значение уже потому, что является источником энергии для процессов фотосинтеза, т.е. участвует в образовании органических веществ из неорганических составляющих. Он играет большую и разнообразную роль в различных жизненных процессах у животных, что определяется его физическими свойствами.Свет обусловливает синтез витамина Д у человека. Длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызвать повреждение тканей, особенно у животных; в связи с этим выработались защитные приспособления – пигментация (загар у европейцев и темная кожа у жителей Африки), поведенческие реакции избегания.
Строго говоря, в экологии под термином «свет» подразумевается весь диапазон солнечного излучения, представляющий собой поток энергии в пределах длин волн от 0,05 до 3000 нм и более. Этот поток радиации распадается на несколько областей, отличающихся физическими свойствами и экологическим значением для живых организмов.
Для животных видимая часть спектра связана, прежде всего, с ориентированием в окружающей среде. Зрительная ориентация свойственна большинству дневных животных и используется как источник сложной информации о внешних условиях. Ослабление интенсивности света вызывает адаптивные перестройки органов зрения (у ночных форм, подземных и глубоководных организмов): редукция глаз, развитие гипертрофированных глаз, генерирование собственного светового излучения (порядка 0,1мкВт/кв.см).
В процессе фотосинтеза свет используется как источник энергии, которая используется пигментной системой (хлорофилл либо его аналоги). В результате происходит расщепление молекулы воды с выделением газообразного кислорода, а энергия, полученная фотохимической системой, утилизируется для преобразования диоксида углерода в углеводы:
2816кДж
6СО2 + 6Н2О ХЛОРОФИЛЛ С6Н12О6 + 6О2
Способность использовать лучистую энергию у хлорофилла и зрительных пигментов животных очень близка; поэтому в спектре солнечного излучения область фотосинтетически активной радиации (ФАР) практически совпадает с диапазоном видимой части спектра с длиной волны порядка 400-700 нм.
Зелёный лист поглощает в среднем 75% падающей на него лучистой энергии. Но коэффициент использования её на фотосинтез невысок: 1-10%. Остальная энергия переходит в тепловую, которая затрачивается на транспирацию и другие процессы.
Наиболее важные факторы, влияющие на уровень фотосинтеза, - температура, свет, диоксид углерода и кислород.
Минимальное освещение, при котором поглощение диоксида углерода для фотосинтеза равно выделению его при дыхании, называют точкой компенсации.
Норма содержания СО2 в атмосфере составляет 0,57 мг/л. Повышение концентрации до определённых пределов ведёт к усилению фотосинтеза, затем при концентрации 5-10% (против нормальной 0,013%) фотосинтез ингибируется.
Свет представляет собой первично-периодический фактор: закономерная смена дня и ночи, как и сезонные изменения длины светлой части суток, происходят с жёсткой ритмичностью, которая определяется астрономическими процессами и на проявления которой не могут повлиять условия и процессы, осуществляющиеся на Земле.
В эволюции большинства групп живых организмов основное синхронизирующее значение закрепилось за закономерными изменениями светового режима (фотопериодическая регуляция).
Режим освещения выступает в роли сигнального фактора, который определяет время начала и окончания активности. Наиболее отчётливо это проявляется в суточных ритмах жизнедеятельности организмов. В связи с сезонными изменениями длины дня у многих видов сдвигается и время активности.
В основе суточных ритмов жизнедеятельности лежат наследственно закреплённые эндогенные циклы физиологических процессов с периодом, близким к 24 ч. Циклические процессы такого рода получили название циркадианных (циркадных) (от лат. Circa – около и dies – день). В эндогенном ритме имеются две фазы длительностью около 12 ч каждая: световая и темновая.
Не следует забывать, что для нормальной жизнедеятельности организмов важен не только свет, но и ночь, темнота. Так, у млекопитающих сетчатая оболочка глаза, как известно, состоит их фоточувствительных рецепторов – палочек и колбочек. Когда лучи света попадают на сетчатку, в ней происходит ряд химических превращений зрительных пигментов, родопсина для палочек и иодопсина для колбочек. В результате энергия света и цвета превращается в биоэлектрические сигналы. Родопсин под действием света претерпевает ряд химических изменений, в результате чего из соединения пурпурного цвета превращается в ретинен (желтого цвета) и белковый остаток. При дальнейшем действии света ретинен превращается в бесцветный витамин А. В темноте же происходит обратная реакция – восстановление витамина А через ряд стадий с участием ферментов в родопсин.
Задание 1: ознакомьтесь с информацией. Определите значение света как экологического фактора. Предложите практическое применение этой информации.
Фотосинтез. В среднем 1-5% падающего на растения света используется для фотосинтеза (рисунок 7.4). Фотосинтез – источник энергии для остальной пищевой цепи. Свет необходим для синтеза хлорофилла.
Рисунок 7.4 – Роль света и воды в жизни растения
Транспирация. Примерно 75% падающей на растения солнечной энергии расходуется на испарение воды, что способствует транспорту веществ по сосудам; это важно в связи с проблемой сохранения воды (рисунок 7.4).
Фотопериодизм. Важен для согласования жизнедеятельности растений и животных (особенно размножения) с временем года.
Движение. Движения побега и листьев важны для получения растением достаточного количества света. Движения у простейших (эвглена зеленая) и одноклеточных водорослей (хламидомонада) необходимы для нахождения подходящего местообитания.
Задание 2:
1 Посмотрите модель 10.10. (Глава 10.10 – Развитие побега из почки) Укажите условия развития листьев из почек.
2 Посмотрите модель 10.11. (Глава 10.11 – Образование годичных колец у растений) Подберите условия образования колец разной толщины. Запишите полученные данные, укажите эти условия.
Вопросы для самоконтроля:
1 Какими должны быть условия внешней среды, чтобы обеспечить процесс размножения растений?
2 Дайте характеристику света как экологического фактора.
3 Если свет необходим в жизни растений, то какую роль играет отсутствие света (ночь)?
4 Каково биологическое действие различных участков спектра солнечного излучения?
5 Почему наземные растения и водоросли, растущие на мелководье, имеют зелёный цвет, а глубоководные водоросли красные и бурые?
6 В чём проявляется фотопериодизм растений?
7 Покажите значение света и темноты в жизни животных.
8 Почему у ночных животных большие глаза?
