§ 5. Свет в жизни организмов. Фотопериод и фотопериодизм

*Свет как абиотический фактор среды

Одним из условий существования жизни на Земле является солнечный свет, поступающий из космического пространства.

В солнечном спектре выделяют три основных компонента: ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасные лучи. Их характеристика представлена в таблице.

Таблица. Состав солнечного света, достигающего поверхности Земли

Ультрафиолетовые лучи действуют на организмы неоднозначно в зависимости от дозы. Избыточное облучение ультрафиолетом может причинять существенный вред здоровью. Все живое на Земле защищено от губительного влияния ультрафиолетовых лучей озоновым слоем земной атмосферы. Однако, несмотря на защитный озоновый слой, на долю ультрафиолетовых лучей приходится около 3 % солнечного света, достигающего поверхности Земли. Ультрафиолетовые лучи приводят к повреждению хромосом, могут вызывать рак кожи, преждевременное старение, стать причиной развития катаракты (помутнения хрусталика). Для людей со светлой кожей ультрафиолетовые лучи являются основным фактором, приводящим к меланоме — самой опасной форме рака кожи.

В то же время в небольших дозах ультрафиолетовые лучи стимулируют синтез пигмента кожи меланина и витамина D. Из курса биологии 9-го класса вы уже знаете, что витамин D оказывает влияние на обмен кальция и фосфора. Это в свою очередь влияет на рост и развитие скелета человека.

Видимый свет наиболее важен для существования жизни на Земле. Все разнообразие климатических условий и температуры верхних слоев морских и пресных вод определяется количеством поглощенной солнечной энергии. Различные участки спектра видимого света действуют на организмы по-разному. Красные лучи оказывают тепловое действие. Синие и фиолетовые лучи изменяют скорость и направление некоторых биохимических реакций. Особенно велико значение видимого света в жизни растений. Они поглощают его с помощью пигментов и используют в процессе фотосинтеза.

Растения способны изменять положение своих органов в пространстве под действием света, то есть проявлять фототропизм. Фототропизм (от греч. phōtós — свет) — ростовые движения органов растений под влиянием одностороннего освещения. Обычно у стеблей наблюдается положительный (по направлению к свету), а у корней — отрицательный (от света) фототропизмы. Положительный фототропизм можно наблюдать на посевах подсолнечника во время цветения. С восхода и до захода соцветия подсолнечника, как локаторы, поворачиваются вслед за солнцем.

Свет играет роль основного энергетического и сигнального фактора. Для подавляющего большинства организмов видимый свет является источником тепла. Дневным животным видимый свет позволяет ориентироваться в среде. Некоторые ночные виды (совы, филины) могут перемещаться даже при слабой освещенности.

Инфракрасные лучи являются источником тепловой энергии. На их долю приходится 45 % солнечного света, достигающего Земли. Некоторые наземные животные (ящерицы, змеи) используют инфракрасные лучи для повышения температуры тела. 

*Фотопериод и фотопериодизм

В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам (временам) года. Сигналом для подготовки к изменению сезона служит продолжительность светового дня — фотопериод, которая в отличие от других факторов всегда остается постоянной в определенном месте и в определенное время. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не подвержена воздействиям колебаний других экологических факторов.

Фотопериод — длина светового дня, определяющая времена года. Смена сезонов происходит вследствие изменения длины светового дня. Причиной этого является движение Земли вокруг Солнца и расположение ее оси под углом к плоскости орбиты. Длина светового дня в области экватора относительно постоянна в течение всего года (около 12 ч), но в умеренных и высоких широтах фотопериод значительно отличается в разные времена года. Наибольшая длина светового дня бывает в день летнего солнцестояния (около 22 июня в Северном полушарии, около 22 декабря — в Южном), а наименьшая — в день зимнего солнцестояния (около 22 декабря в Северном полушарии и около 22 июня в Южном). Изменение фотопериода играет сигнальную роль как для растений, так и для животных. Оно является для них пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов и определяющим их сезонные ритмы.

Фотопериодизм — характерная реакция живых организмов на изменение длины светового дня, синхронизирующая их биологическую активность с временами года.

По типу фотопериодической реакции наземные растения разделяют на три основные группы: короткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня.

Таким образом, регулируя длину светового дня в условиях закрытого грунта, можно ускорять или замедлять наступление периода цветения у растений короткого или длинного светового дня в зависимости от поставленных целей. В Республике Беларусь широко развито тепличное хозяйство с использованием автоматических систем светодиодного освещения, сдвигающих сроки цветения и сбора плодов овощных культур. Это позволяет собирать в теплицах два и более урожая за год.

Под фотопериодическим контролем находятся практически все процессы жизнедеятельности, связанные с развитием и размножением организмов. Эти реакции основаны не просто на количестве получаемого света, а на закономерном чередовании периодов света и темноты, продолжительности дня и ночи.

Следует отметить, что организмы по-разному реагируют на смену светлого и темного периода суток, то есть проявляют суточный фотопериодизм. У них периоды активности и покоя наступают в разное время суток.

Особенно заметно эта зависимость проявляется у животных. Среди них можно выделить три группы: дневные, ночные и сумеречные. Дневные животные активны в светлое время суток (пчела, ласточка, заяц). Они представляют самую многочисленную группу. Добывание пищи у ночных организмов происходит в ночное время (таракан, сверчок, сова, филин). Сумеречные организмы активны только во время сумерек (бражник, жук майский).

Проверим знания