Вплив абіотичних факторів на живі організми

Незважаючи на те, що всі абіотичні фактори навколишнього середовища впливають на живі організми комплексно, дія кожного з них нерівноцінна. Розглянемо більш детально кожний фактор окремо. 

Температура - один із найважливіших факторів, який впливає  на живі організми. Від цього фактора  залежить нормальний перебіг усіх життєвих процесів в організмі - обмін речовин, ріст, розвиток та ін. Температура більш-менш закономірно змінюється впродовж доби і від сезону до сезону. Температурний  режим також залежить від географічної широти, висоти місцевості над рівнем моря та ін. 

Температура - важливий обмежуючий фактор. Межами толерантності  для будь-якого виду є максимальна  і мінімальна летальні температури, за межами яких вид смертельно уражують спека або холод. Для більшості  видів температурний інтервал існування  складає від 0 до 50°С, що обумовлено властивостями протоплазми клітин. 

Адаптаційні процеси  в тварин стосовно до температури  привели до появи пойкілотермних (холоднокровних) тварин - температура  їх власного тіла змінюється зі зміною температури навколишнього середовища і гомойотермних (теплокровних) - вони мають постійну температуру тіла, яка не залежить від температури  зовнішнього середовища. І пойкілотермні, і гомойотермні тварини в процесі  еволюції набули здатності регулювати температуру свого тіла. Ця здатність  називається терморегуляцією.

 Залежно від  пристосованості до температури  виділяють евритермних (пристосованих  до значних коливань температури)  і стенотермних (пристосованих до  певних температур) організмів. 

Відомі морфологічні (різні життєві форми рослин і  тварин) і фізіологічні (акліматизація, міграція, зимівля, літня сплячка, анабіоз, діапауза) адаптації до дії низьких  і високих температур. 

В оптимальному температурному інтервалі організми  почувають себе комфортно, активно  розмножуються і чисельність  популяції зростає. В умовах дії  крайніх меж оптимального температурного інтервалу організми почувають  себе пригнічено. При подальшому похолоданні (нижня межа стійкості) або підвищенні температури (верхня межа стійкості) організми  потрапляють у «зону смерті»  і гинуть. Цим прикладом ілюструється загальний закон біологічної  стійкості (за М. Ламоттом), який можна застосувати до кожного з обмежуючих факторів. Величина «оптимального інтервалу» характеризує «величину» стійкості організмів, тобто величину його толерантності до цього фактора, або екологічну валентність. 

Світло - це первинне джерело енергії для фотосинтезу, без якого неможливе життя  на Землі. Також світло є важливим екологічним фактором, який істотно  впливає на біоту в цілому і  на адаптаційні процеси і явища  в організмах. 

Основне джерело  світла - сонячна радіація. На інтенсивність  світла впливають кут падіння  сонячних променів на земну поверхню; вона змінюється залежно від широти, сезону, часу дня й експозиції схилу.

 Тривалість  дня (фотоперіод) на екваторі більш  постійна (12 годин), але в більш  високих широтах вона змінюється  залежно від пори року. Для  рослин і тварин таких широт  характерна реакція на фотоперіод, яка синхронізує їх активність  із порою року. Прикладами можуть бути цвітіння і проростання насіння в рослин, міграція, зимова сплячка і розмноження тварин. Світло впливає на структуру угруповань живих організмів.

 Важливе значення  має інтенсивність освітлення. Наприклад,  рослини за відношенням до  освітленості поділяються на  світлолюбні, тіньовитривалі і  тіньолюбні. Є також рослини довгого  (фотоперіод не менше 12 год.) і  короткого (8-10 годин) дня та  нейтральні. 

Вода необхідна  для життя і може бути важливим лімітуючим фактором у наземних екосистемах. Вода надходить з атмосфери у вигляді опадів. Розподілення по суші залежить від гідрологічного циклу (кругообігу води). Важливе значення має вологість повітря. Вологість здатна змінювати ефекти температури: зниження вологості нижче деякої межі при даній температурі приводить до висушуючої дії повітря, що особливо впливає на рослини. 

Залежно від  способів адаптації рослин до вологості  виділяють кілька екологічних груп: гігрофіти (наземні рослини, що живуть у дуже вологих ґрунтах і в  умовах підвищеної вологості), мезофіти (переносять значну посуху), ксерофіти (рослини сухих степів і пустель). У тварин також за ставленням до води виділяються свої екологічні групи: гігрофіли (вологолюбні) і ксерофіли (сухолюбні) та проміжна група - мезофіли.

 У живих  організмів є різні пристосування  до перенесення дефіциту води: поведінкові (переміщення в більш  вологі місця, перехід до нічного  способу життя, відвідування водопою  та ін.), морфологічні (пристосування  до затримання води в організмі  -рогові покриви, раковини в наземних молюсків та ін.) і фізіологічні (утворення метаболічної води). 

Велике значення для життя водних організмів має  солоність води. Значні коливання  цього фактора для багатьох організмів є згубними. 

Едафічні фактори - ґрунтові умови зростання рослин. Вони поділяються на хімічні - реакція ґрунту, сольовий режим, елементарний хімічний склад, обмінна здатність і склад обмінних катіонів; фізичні - водний, повітряний і тепловий режими, щільність ґрунту, структура та ін.; біологічні - рослинні і тваринні організми, що населяють ґрунт. 

Важливою характеристикою  ґрунту є його родючість -здатність ґрунту задовольняти потребу рослин у поживних речовинах, повітрі, біотичному і фізико-хімічному середовищі, включаючи тепловий режим, і на цій основі забезпечувати врожай сільськогосподарських культур, а також біогенну продуктивність дикоростучих рослин. 

Електромагнітні коливання - виникають в атмосфері  за різних причин (антропогенних у  тому числі) і можуть негативно впливати на живі організми - сповільнювати їх розвиток, знижувати життєздатність і підвищувати смертність. 

Іонізуюче випромінювання - будь-яке випромінювання (безпосереднє і опосередковане), взаємодія якого  із середовищем зумовлює утворення  електричних зарядів різних знаків, тобто спричинює іонізацію. З  цим поняттям пов'язане поняття  радіоактивності. Розпад ядер атомів радіоактивних  елементів (радіонуклідів) супроводжується  виділенням енергії у вигляді  іонізуючого випромінювання. Усе  живе на Землі з моменту зародження життя зазнає впливу іонізуючої радіації. Еволюція відбувається в умовах постійної  дії радіоактивного випромінювання, що свідчить про пристосованість  організмів до фонових доз і відсутність  їх негативного ефекту. Основним джерелом опромінення живих організмів на Землі є вторинне космічне випромінювання. Серед радіонуклідів земного  походження основний внесок у формування радіаційної дози роблять 40К, 235U, 238U, 232Th, 82Rb, 222Rn, 236Ra. Проте, за останнє століття створено штучні джерела іонізуючого  випромінювання, які сприяють збільшенню природного рівня радіації, що негативно позначається на живих системах. До джерел штучного іонізуючого випромінювання, що забруднюють навколишнє середовище радіонуклідами, належать: випробування ядерної зброї, промислові ядерні вибухи, підприємства атомної енергетики (зокрема, аварії ядерних реакторів) тощо. Опромінення живих організмів і людини, у тому числі в результаті ядерного вибуху, відбувається за рахунок таких радіонуклідів (табл. 1): 

Таблиця 1 - Характеристика радіонуклідів, що утворюються при  ядерних вибухахРадіонуклід Період піврозпаду Період біологічного піввиділення, діб

3H 12,3 р.                               12

14C 5730 р.                               10

89Sr 50,5 р.                              1,8×104

90Sr 28,6 р.                             1,8×105

95Zn 64 доби                 450

95Nb 35 діб                             760

13I 8,6 доби                138

137Cs 30 р.                             70

239Pb 2,44×104 р.               7,3×104 
 

Дію іонізуючого  випромінювання живі організми не відчувають, оскільки вони не мають специфічних  рецепторів для сприймання радіації. Ефект впливу радіації на живі організми  залежить не тільки від спричинених  випромінюванням змін в окремих  клітинах і тканинах, а й від  порушень взаємозв'язку між ними і  відхилень у перебігу реакцій, властивих  організму як живій системі. Існує  взаємозв'язок між рівнем розвитку організму й чутливістю до іонізуючого  випромінювання. Так, багатоклітинні організми  чутливіші, ніж одноклітинні; найбільшу чутливість мають ссавці, особливо людина (табл. 2). 

Механізми біологічної  дії іонізуючої радіації на живі організми  досить складні і вивчені недостатньо. Але відомо, що в різних видів  іонізуючого випромінювання вони схожі - від первинних процесів поглинання і передачі енергії випромінювання до морфологічних і фізіологічних  порушень в опромінених організмах. Залежно від рівня біологічної  організації існують такі види уражень: 

Таблиця 2 - Летальні дози поглиненої радіації, які призводять до загибелі половини популяції різних організмівЖиві організми Доза поглиненої радіації, Грей

Віруси                                           62-4600

Бактерії                              17-3500

Найпростіші                              100-3500

Водорості, лишайники     300-17000

Покритонасінні                 10-1500

Голонасінні                             4-150

Комахи                                       580-2000

Молюски                              120-200

Рептилії                                 15-500

Риби                                                  6-55

Птахи                                                 6-14

Гризуни                                    8-15

Велика рогата худоба                  1,5-2,7

Людина                                2,5-3,0 

молекулярний - ушкодження ДНК, РНК, ферментів, вплив  на процеси обміну;

клітинний - ушкодження біологічних мембран, ядер, хромосом, мітохондрій, лізосом, припинення поділу і загибель клітин, перетворення їх у злоякісні;

тканинно-органний - ураження кісткового мозку, центральної  нервової системи, травного каналу; загибель, зумовлена утворенням злоякісних пухлин;

організменний - скорочення тривалості життя або загибель, передчасне старіння;

популяційно-видовий - змінення генетичних характеристик  в окремих індивідів унаслідок  генних і хромосомних мутацій. 

Топографічні  фактори тісно пов'язані з іншими абіотичними факторами, бо можуть сильно позначатися на місцевому кліматі. Головним топографічним фактором є  висота. З висотою знижуються середні  температури, збільшується добовий  перепад температур, зростає кількість  опадів, швидкість вітру, інтенсивність  радіації, знижується атмосферний тиск і концентрації газів. Усі ці фактори  впливають на рослини і тварин. Гірські системи можуть бути кліматичними бар'єрами. Топографічними факторами  також є експозиція і крутизна схилу. Схили з південною експозицією  отримують більше сонячного світла, мають вищу температуру, що впливає  на інтенсивність життєдіяльності  організмів. Для крутих схилів характерні швидкий дренаж і змивання ґрунтів.