Кліматичні фактори середовища

Вся розмаїтість проявів життя на землі супроводжується перетвореннями енергії, одержуваної у вигляді сонячного світла й врівноважува тепловим випромінюванням з поверхні землі. Промениста енергія, що досягає поверхні землі, на 10% складається з ультрафіолетового випромінювання, по 45% доводиться на видиме світло й інфрачервоне випромінювання. Екологічними факторами є якісні (довжина хвилі) і кількісні (інтенсивність) характеристики, а також тривалість впливу й періодичність. У рослин інтенсивність фотосинтезу лінійно росте зі збільшенням інтенсивності світла до границь зони оптимуму, при дуже сильному висвітленні відбувається падіння рівня фотосинтезу.

На вимогу до освітленості рослини ділять на світлолюбні (геліофіти), тіньолюбні (сциофиты), тіньовитривалі (факультативні геліофіти).

Реакція організмів на сезонні зміни довжини дня називається фотоперіодизмом. Фотоперіодизм рослин і тварин - спадково закріплене, генетично обумовлене властивість. Тварини також пристосовані до існування в присутності світла (фотофилы), у темряві (фотофоби) або при будь-якому висвітленні (эврифотные).

Температура організмів (і, отже, швидкість обміну речовин) залежить від температури навколишнього середовища.

Температурні границі існування життя, при яких можливо нормальна будова й функціонування білків, перебувають у межах від 0 до 50^ос. Однак ряд організмів за рахунок спеціалізованих ферментних систем пристосований до активного існування за цими межами. Криофилы (хладостойкие організми) живуть при температурі до –10^ос, суперечки деяких видів бактерій короткочасно витримують до 180^ос. У більшості видів життєдіяльність й активність залежать, насамперед, від тепла, що надходить ззовні, а температура тіла - від ходу зовнішніх температур. Їх називають пойкилотермными. Теплокровні тварини (або гомойотермные) здатні підтримувати постійну оптимальну температуру незалежно від помірних коливань температури зовнішнього середовища. Гетеротермные тварини в активній стадії підтримують постійну температуру, а під час пасивного періоду (спячки) поводяться як пойкилотермные.

Пойкилотермным видам для їхнього нормального розвитку необхідно одержувати ззовні певну кількість тепла, вимірюваного сумою ефективних температур (X), обумовлених тривалістю періодів (t) з перевищенням температури навколишнього середовища (Т) над температурою порога розвитку (З). Спрощено формула виглядає так:

Х = ∑ (Т – З) t

По ступені стійкості до умов крайнього дефіциту тепла або, навпаки, до високих температур види бувають:

нехолодостійкі, неморозостійкі, морозотривкі;

нежаростійкі, жаровитривалі або жаростійкі.

Основні шляхи температурної адаптації у тварин: 1) хімічна терморегуляція; 2) фізична терморегуляція; 3) поводження.

Приклади. Добір рослин у зонах низьких температур іде в напрямку максимального виживання низькорослих і сланких форм. У зонах високих температур і зниженої вологості історично сформувався своєрідний тип рослин з незначною листовою поверхнею; у багатьох пустельних рослин утвориться білувате опушення, що сприяє відбиттю сонячних променів й охороняє від перегріву. Фізіологічні пристосування рослин: нагромадження в клітинах цукрів й інших речовин, що збільшують концентрацію клітинного соку, що знижують обводненность клітин, що робить рослини більше морозостійкими; або нагромадження солей, що змінюють температуру згортання плазми в жару.

У тварин під дією теплового фактора формуються такі морфологічні ознаки, як відбивна поверхня тіла, пухові, пір'яні, вовняний покриви, жирові відкладення. У комах холодної зони - темне фарбування. У тварин з постійною температурою тіла в холодних кліматичних зонах спостерігається тенденція до зменшення площі виступаючих частин тіла (правило Аллена). У близьких у систематичному відношенні гомойотермных видів у більше холодних зонах маса тіла вище: наприклад, миші й пацюки, що живуть у холодильних камерах, крупніше звичайних домовиків. Для пойкилотермных видів спостерігається протилежна тенденція (правило Бергмана).

Більша маса теплокровних тварин у холодному кліматі обумовлена більшими відносними тепловтратами маленьких організмів. Проілюструємо тепловтрати, тобто теплопродукцію по споживанню кисню на 1 кг маси тіла в куб. див у годину для різних тварин при температурі середовища меншої, чим температура, властива для пойкилотермных організмів (29^ос):

Вологість середовища. Еволюція організмів обумовлювалася також необхідністю пристосування до добування й збереження вологи.

Режими вологості на суші дуже різноманітні, що привело до розвитку в наземних організмів безлічі адаптаций до різних режимів водопостачання й, відповідно, до великої розмаїтості экосистем, до биоразнообразию.

Адаптація рослин до підтримки водного балансу відбувалася:

через процес регулювання поглинання води із субстрату: нижчі наземні рослини поглинають вологу всією поверхнею, мохоподібні - ризоидами, більшість вищих рослин -коріннями (кореневі системи розрізняють по типі розгалуження на екстенсивні - охватывающие великий обсяг ґрунту, і інтенсивні - охватывающие невеликий обсяг ґрунту);

через регулювання випару води поверхнею тел.

Тварини одержують воду через питво, разом із соковитою їжею, у результаті реакцій метаболізму з інших харчових продуктів.

Стосовно рівня водоспоживання виділяються:

вологолюбні рослини (гідрофіти) і тварини (гидрофилы);

сухолюбивые рослини (ксерофіти) і тварини (ксерофіли);

проміжні й змішані типи (відповідно рослини-мезофіти й животные-мезофилы можуть підрозділятися ще на цілий ряд підтипів).

Способи регуляції водного балансу у тварин разнообразней, чим у рослин. Їх розділяють на поведінкові, морфологічні («морфо» - форма), фізіологічні.

Газовий склад повітря в приземному шарі атмосфери досить однорідний відносно змісту головних компонентів (азот – 78%, кисень – 21, аргон – 0,9, вуглекислий газ – 0,03% по обсязі). Зазначені концентрації кисню й вуглекислого газу є до якогось ступеня лимитирующими для багатьох вищих растений. Здатність пристосовуватися до зниженого змісту кисню сполучена у тварин зі збільшенням змісту гемоглобіну в крові, у рослин - з підвищенням кількості хлорофілу в тканинах.

В якості додаткових компонентів в атмосферному повітрі присутні так називані забруднюючі речовини, що викликають фізичне й хімічне забруднення, в основному антропогенні походження. Хоча є й природні джерела забруднення атмосферного повітря: вулканічна діяльність; лісові пожежі; пыление пересохлих ґрунтів і деякі інші.

Вітер впливає на рослини, позначається на водному балансі рослин, при цьому відіграючи істотну роль, наприклад, у безлісся тундри. Вітром поширюються насіння, пилок, суперечки багатьох рослин, а також багато видів дрібних тварин. Растения-анемофилы (ветроопыляемые) виробили для цього ряд пристосувань: квіткові покриви в них скорочені, пильовики нічим не захищені від вітру. Там, де постійно дує сильний вітер, у тварин розвиваються щільні покриви, що охороняють тіло від охолодження й втрати вологи. На океанічних островах з постійними сильними вітрами багато комах втрачають здатність літати.

В антропосфере вітер провітрює забруднені селитебные території, забезпечує трансграничні переноси масових викидів забруднюючих речовин (так, димові викиди промислових комплексів одних країн випадають у вигляді кислотних дощів у сусідні й навіть не зовсім сусідніх країнах).

Тиск повітря на суші в нормі дорівнює 1,01325 ∙10⁵ Па, або 760 мм рт. ст. Зниження тиску тягне зменшення забезпеченості киснем і зневоднювання тварин за рахунок збільшення частоти подиху. Цей же фактор (поряд з температурною висотною зональністю) обмежує поширення в гори вищих рослин.

На суші комплекс екологічно важливих факторів (світло, температура, вода, тобто опади) має змінну інтенсивність, тому в основної частини видів тварин і рослин спостерігається періодичність функцій, прямо або побічно пов'язана із цими змінами.

Розрізняється добова, сезонна періодичність, а також багаторічна мінливість. Багаторічна мінливість пов'язана з періодичними локальними змінами клімату, у свою чергу обумовленими змінами сонячної активності, а також з аналогічними коливаннями функціонування в інших видів рослин і тварин.