2. Основные климатические факторы и их влияние на организм

Климат — один из главных компонентов внешней среды. Для жизни наземных растений и животных наибольшее значение имеют 3 элемента климата: свет, температура и влажность. Важная особенность этих факторов заключается в их закономерной изменчивости как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. Поэтому и приспособления к ним имеют закономерный зональный и сезонный характер.

Свет. Солнечное излучение служит основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. Биологическое действие солнечного излучения разнообразно и обусловлено его спектральным составом, интенсивностью, а также суточной и сезонной периодичностью освещения.

В спектре солнечного излучения выделяются три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого. Жизнь на Земле возможна лишь потому, что это коротковолновое излучение задерживается озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300—0,400 мкм). Они обладают высокой химической активностью и в большой дозе могут повреждать живые клетки. В небольших дозах ультрафиолетовые лучи необходимы человеку и животным. В частности, они способствуют образованию в организме витамина D. Некоторые животные, например насекомые, зрительно различают ультрафиолетовые лучи.

Влияние видимых лучей с длиной волны о 0,400 до 0,750 мкм, на долю которых приходится большая часть энергии солнечного излучения, достигающего земной, поверхности, привело к возникновению у растений и животных ряда очень важных приспособлений.

Зеленые растения синтезируют органическое вещество, следовательно, и пищу для всех остальных организмов за счет энергии именно этой части спектра.

Все же для животных и бесхлорофильных растений свет не является обязательным условием существования, и многие почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособились к жизни в темноте. Для большинства животных видимый свет является одним из важных факторов внешней среды. Он сильный раздражитель и принимает участие в регуляции многих процессов. Особенно важна роль видимого света в поведении, в пространственной ориентировке. Даже многие одноклеточные животные отчетливо реагируют на изменение освещенности. У более высокоорганизованных, начиная с кишечнополостных, уже есть специальные светочувствительные органы, а у высших форм (членистоногие, моллюски, позвоночные) параллельно и независимо развились сложные органы зрения — глаза и способность образного восприятия окружающих предметов.

Большинство животных хорошо различают спектральный состав света, т. е. обладают цветовым зрением. Развитие зрения привело к возникновению у животных разнообразных окрасок, помогающих скрываться от врага или узнавать особей своего вида. У растений возникли яркие окраски цветков, привлекающие опылителей, что облегчило перекрестное опыление.

Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм, не воспринимаемые глазом человека, являются важным источником тепловой энергии. Ими особенно богат прямой солнечный свет. Эти длинноволновые излучения, поглощаясь тканями животных и растений, вызывают их нагревание. Многие холоднокровные животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения температуры тела, активно выбирая наиболее освещенные солнцем места. Световой режим в природе имеет отчетливую суточную и сезонную периодичность, которая обусловлена вращением Земли.

В связи с суточным ритмом освещения у животных возникли приспособления к дневному и ночному образу жизни. У каждого вида активность приходится на определенные часы суток. В определенные часы суток открываются цветки многих растений, а у некоторых наблюдаются суточные движения листьев (например, у некоторых бобовых). Почти все внутренние физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом и минимумом в определенные часы.

Большое экологическое значение имеет продолжительность дня. Она сильно изменяется с географической широтой и временем года. Только на экваторе продолжительность дня круглый год одинакова и равна 12 часам. С удалением от экватора продолжительность дня летнего полугодия прогрессивно увеличивается, а зимнего — сокращается; самый длинный день приходится на 22 июня (летнее солнцестояние), а самый короткий — 22 декабря (зимнее солнцестояние). За полярным кругом летом наблюдается непрерывный день, а зимой — непрерывная ночь, продолжительность которых у полюсов достигает 6 месяцев. В дни весеннего (21 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствия продолжительность дня между полярными кругами всюду равна 12 часам. От продолжительности дня и высоты Солнца над горизонтом зависит приток солнечного излучения на земную поверхность, поэтому с сезонными изменениями светового режима тесно связаны и температурные условия. Вследствие этого продолжительность дня служит важным экологическим фактором, регулирующим периодические явления в живой природе.

Температура. Все химические процессы, протекающие в организме, находятся в зависимости от температуры. Естественно поэтому, что большие изменения термических условий, которые часто наблюдаются в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Особенно ясно зависимость от внешней температуры выражена у организмов, не способных поддерживать постоянную температуру тела, т. е. у всех растений и большинства животных, кроме птиц и млекопитающих. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры.

Верхний температурный предел развития неодинаков для разных видов, но редко бывает выше 40—45°С. Только немногие виды приспособились к жизни при очень высокой температуре. Так, в горячих источниках некоторые моллюски живут при температуре воды до 53°С, личинки мух-львинок — при 60°С, а некоторые сине-зеленые водоросли и бактерии живут при 70—85°С.

Оптимальная температура для развития зависит от условий обитания вида; для большинства наземных животных она колеблется в довольно узких пределах (15—30°С).

Организмы с непостоянной температурой тела называются пойкилотермными. У них повышение температуры вызывает ускорение всех физиологических процессов. Поэтому, чем выше температура, тем короче время, необходимое для развития отдельных стадий или всего жизненного цикла. Если при 26°С период от выхода из яйца до окукливания составляет 10—11 суток, то при температуре около 10°С он увеличивается в 10 раз, т. е. превышает 100 суток. Эта зависимость имеет очень правильный характер.

Установив опытным путем продолжительность развития данного вида животного или растения при различных температурах, можно с достаточной точностью определить ожидаемые сроки развития в природной обстановке. В природе температура всегда колеблется и часто выходит за уровень, благоприятный для жизни. Это привело к возникновению у растений и животных специальных приспособлений, которые ослабляют вредное действие таких колебаний. Растения, например, при перегреве понижают температуру листа, увеличивая испарение воды через устьица. Животные также могут несколько понижать температуру своего тела за счет испарения воды через дыхательную систему и кожные покровы.