Қоршаған ортаның маңызды факторларының экологиясы
Биосфера ресурстары ретінде қарастырылатын ең маңызды экологиялық факторлар туралы мәліметтерді оларға тірі ағзаларды бейімдеу тұрғысынан келтіреміз. Жер бетіндегі тіршіліктің басым көпшілігі үшін биологиялық пайдаланылатын энергияның басты көзі Күн сәулесі мен тағам болып табылады, оның органикалық заттарында күн энергиясы жинақталған.
Күн энергиясының жалпы ресурсы іс жүзінде сарқылмайды. Оның жер тұтынушылары үшін қол жетімділігі күн тұрақты және климат, сондай-ақ биосфераның бастапқы өнімі болып табылады. Энергияны биологиялық емес пайдалану ресурстары 6-тарауда қарастырылады.
Күн радиациясы. Жер атмосферасының шегіне жететін күн сәулесі ағынының тығыздығы — күн тұрақтысы 1352 Вт/м2 тең. Атмосфераның барлық бетінің ауданының бірлігіне орташа 1/4 күн тұрақты келеді. Бұл ағынның одан әрі таралуы суретте көрсетілген. 4.7. Жер бетіне жететін тік Q және шашыраңқы q радиация R жиынтық радиациясын құрайды, ол шашыраңқы А (А = A/R қатынасы альбедо деп аталады), тиімді сәулелену E және радиациялық баланс RR = Q + q =
= A + E + В.
Сурет 4.7. Қараңғы атмосфераға жететін күн радиациясы ағынының жаһандық жылдық таралуының орташа шамалары.
Cf-күн тұрақты, Ca-атмосфераның жұтылуы, R — жиынтық радиация, А — шашыраңқы көрініс, E — тиімді сәулелену, В — радиациялық теңгерім; а — атмосфераның шекарасы, е-жер беті; сандар Вт/м2-да көрсетілген
Жалпы шамамен 56% R судың булануына барады. Кезінде ылғалдың бұл жылу бөлінеді, сонымен бірге, қалған 44% R жұмсалады қызуы, судың, ауаның, жердің және негізделген осы қыздырып конвективные процестер атмосфера мен гидросфера (желдер, толқындар). Жиынтық радиацияның 1% кемі атмосфераның төменгі қабаттарында, судың жоғарғы қабаттарында және өсімдіктер жасушаларында әртүрлі фотохимиялық реакцияларда сіңеді. Осы фотохимиялық реакциялардың басты құрамдас бөлігі-фотосинтез.
Күн сәулесінің атмосфера арқылы өтуі кезінде оның энергетикалық спектрі айтарлықтай өзгереді: жоғарғы қабаттарда, негізінен озон қабаттарында қысқа толқынды ультракүлгін, ал төменгі, бұлтты жамылғыларда — инфрақызыл сәулелену жұтылады. Тірі организмдердің көпшілігі бейімделген шырынды Жарық энергетикалық спектрінің қаттылығының жоғарғы шегі толқын ұзындығына сәйкес 280-290 нм.
Жарық факторы және бейімделу. Фотосинтез үшін энергия көзі бола отырып, жарық іргелі экологиялық мәнге ие. Өсімдіктердің морфологиясы, өсімдік жамылғысының құрылымы (қауымдастық, қабаттылық) жарық энергиясын неғұрлым тиімді қабылдау үшін ұйымдастырылған. Жер флорасының Жарық қабылдау беті зор: планетаның бетінен төрт есе көп. Әртүрлі өсімдіктер фотосинтез жасай алатын жарық ағыны тығыздығының (жарықтандырудың) диапазоны 5 — тен 350 Вт/м2 дейін созылады, ал фотосинтетикалық белсенді радиация спектрінің толқын ұзындығы 370-тен 720 нм дейін созылады.
Фотосинтез жылдамдығының жарықтандыруға тәуелділігі қанығу қисығының сипатына ие. Тікелей тәуелділік тек салыстырмалы аз жарықтандыруда ғана бар; процестің осы бөлігіне («Жарық реакциялары») температура мен CO2 концентрациясы әлсіз әсер етеді. Ең қарқынды фотосинтез жоғары температурада және СОг («қараңғылықты реакциялар») салыстырмалы жоғары концентрациясында болады. Ho көптеген өсімдіктерде жоғары температура аузының майысуына және CO2 жеткізудің төмендеуіне әкеледі. Ыстық климаттың көптеген өсімдіктері (қант қамысы, жүгері, кактустар) түнде CO2 немесе органикалық қышқыл түрінде көміртекті «қорлауға» қабілетті.
Өсімдіктер жабылмаған топырақтың толық жарықтандырылуымен салыстырғанда осы мекендеудегі L — жарықтандырудың белгілі бір жарықтық жабдықталымына бейімделген. L осы тармақтағы радиациялық теңгерімнің маусымдық немесе жылдық сомасына және басқа өсімдіктердің көлеңкелену дәрежесіне байланысты. Жарық сүйгіш өсімдіктер тундра, дала, шөл L = 100% кезінде ғана тиімді біріктіре алады. Ho бірақ олар босаңсытылмаған жарыққа зиян келтіретін көлеңкелі өсімдіктерден әлдеқайда өнімді. Бұл сүрекдіңнің табиғи жаңаруы үшін практикалық маңызы зор: көптеген ағаш тұқымдарының жас өскіні тек ағаштардың жабынымен ғана дами алады және оны ашық жерде отырғызуға болмайды.
Көптеген өсімдіктер үшін жарықтың қарқындылығы ғана емес, тәуліктің жарық уақытының ұзақтығы — белгілі бір фотопериодизм. ДДСҰ күні мен түнінің созылу қатынасы
тропиктен полярлық шеңберге өседі. Биік ендікте тұратын ұзын күннің өсімдіктері деп аталады, гүлденуді бастау үшін 14-15 сағаттан көп фотопериод қажет, ал қысқа күннің тропикалық өсімдіктері — 10-11 сағаттан аз.
Жарық және фотопериодизм көптеген жануарлардың дамуы үшін де белгілі бір мәнге ие. Көптеген Омыртқасыздардың Личиночные сатылары ультракүлгін сәулелерге жоғары сезімталдықтан қарқынды жарықпен тежеледі. Көптеген жануарлардың мінез-құлқының стереотиптері де жарықтандырумен байланысты: күндізгі және түнгі белсенділігі айқын көрінген формалар жақсы белгілі.
Орта және жоғары ендіктердегі фотопериодтың өзгеруі температураның өзгеруінен және онымен байланысты маусымдық «өмір толқындары». Сондықтан олар өсімдіктер мен жануарлардың тіршілік әрекетінің мерзімдік маусымдық өзгерістерін іске қосу үшін сигнал болып табылады: гүлдеу, пигменттеу, белсенділік, көбею, түйреу, ұйықтауға түсу, диапауздар мен метаморфоздар, миграциялар және т.б. бұл іске қосу ағзадағы физиологиялық өзгерістер тудыратын белгілі бір гормондардың сигналдық өндірілуіне жарық күнінің ұзындығының ықпалымен жүзеге асырылады.
Тағам. Барлық ағзалар тамаққа мұқтаж: I) өмірді қолдау және өз функцияларын жүзеге асыру үшін энергия көзі ретінде және 2) Өнім және көбею үшін өз жасушалық құрылымдарын құру және жаңарту үшін материал ретінде. Жоғарыда тамақтану көздері, тағамдық өзара қарым-қатынастар және экожүйелердің трофикалық деңгейлері қарастырылды. Мұнда тамақ мөлшері мен сапасының ресурс ретінде экологиялық мәнін қарастырайық.
Жердегі тамақ мөлшері өсімдіктердің таза бастапқы өнімімен анықталады. Бұл 2,3-IO21 Дж энергия жасалған құрғақ фитомассаның жылына шамамен 140 млрд.т. Осының барлығы бір жыл ішінде биомассасы аз гетеротрофтарды пайдаланады. Түпкілікті консументтердің үлесіне 1% ережесіне сәйкес-негізінен ірі жануарлар деструкция көлемінің 1% — дан кем келуі тиіс. Табиғатта биомассаны және биогенді өнімдерді тағамдық емес пайдалану салыстырмалы түрде аз емес, бірақ адам шаруашылығында айтарлықтай.
Қоректендірудің негізгі сандық сипаттамасы-қоректендірілетін түрдің бір ерекшелігі немесе биомассасының бірлігі уақыт бірлігінде тұтынылған тағам массасымен көрсетілетін жылдамдық функциясы. Бұл көрсеткіш экологиялық факторлардың барлық кешеніне және тағамды тұтынушының сипаттамаларына (даму фазасы, өсу жылдамдығы, қоңдылығы, аштық дәрежесі және т.б.) байланысты. Тағамға үлестік қажеттілік (биомассаның бірлігіне есептегенде) организмдердің осы тобына тән энергетикалық алмасудың қарқындылығына және биомассаның өсуіне — өсуге, өнімге немесе көбеюге уақыт бірлігіне пластикалық шығындардың көлеміне, сондай-ақ заттар мен тағам энергиясының сіңуінің тиімділігіне байланысты болады.
Қоректену мен энерготраттар арасында сәйкес келмеген жағдайда, Органикалық заттардың (майдың, гликогеннің) салыстырмалы түрде жеңіл жұмылдырылатын қорларымен ұсынылған ішкі энергияның бөлігі ағзаның энергетикалық резервін құрайды. Оның арқасында аштық энергетикалық алмасудың жалпы деңгейіне салыстырмалы түрде баяу әсер етеді. Энергияның ішкі резервтерін жинақтаудың экологиялық маңызы зор және жәндіктердегі метаморфоз, балық пен құстардағы маусымдық және репродукциялық көші-қон, жануарларды және т. б. байлау сияқты құбылыстарды энергетикалық қамтамасыз етуде шешуші рөл атқарады.
Өсу және көбею үшін қоректік заттар энергиясын пайдалану тиімділігі орта есеппен 0,1 «ереже 10%» жақын, бірақ әртүрлі организмдерде кең шектерде ауытқиды. Көміртекті Ссгт; 2 ол жылдам өсетін бір жылдық өсімдіктерде рекордты (0,9 дейін). Жануарларда ол әлдеқайда аз және ешқашан 0,4-0,5 аспайды. Дене салмағының өсуімен және жыныстық өнімдердің (ұрпақтардың) пайда болуымен азықтың энергетикалық төлемі ірі балықтарда және рептилийлерде (0,4-ке дейін) салыстырмалы түрде үлкен және жылы қанды малдарда — құстар мен сүтқоректілерде (орта есеппен 0,1-ден аз) әлдеқайда аз. Тек жоғары өнімді ауыл шаруашылығы жануарларында-сүт сиырларында, өсіп келе жатқан шошқалар мен құстарда — ол 0,25—0,30 дейін жетуі мүмкін.
Қоректік заттарды тұтынудың іріктелуі әртүрлі дәрежеде өсімдіктерде де, жануарларда да көрінеді. Нашар таңдау көптеген омыртқасыз жануарларға тән (топырақ, су сүзгіштері, паразиттер), бірақ акулада да кездеседі. Стенофагияға жеткен таңдаулы тамақтану Омыртқасыз және көптеген омыртқалы жануарларға тән. Жануарлардың тағамдық мамандануы әртүрлі. Сіз тек қана немесе көбінесе өсімдіктер тұқымымен, гүл шырынын, жемістерді, жәндіктерді, моллюскаларды, балықтарды, қосмекенділерді, рептилияларды, ұсақ Сүтқоректілерді, құлауды және т.б. қоректендіретін құстар түрлерінің үлкен тізімін жасауға болады.
Кез келген шабандоз әр түрлі қоректік элементтердің жиынтығы болып табылады, олардың арасында әрқашан міндетті, алмастырылмайтын. Осы элементтердің бірі болмаған кезде (шектеуші фактор) ағзаның өлуіне дейін тіршілік әрекетінің бұзылуы пайда болады. Олардың тағамдарының құрамы 8-10 алмастырылмайтын аминқышқылдары, витаминдер және микроэлементтер кіруі керек. Жекелеген дарақтардың физиологиялық жай — күйіне әсер ете отырып, тағамның сапалық құрамы оның санымен қатар жалпы популяцияның жай-күйіне, оның құрылымы мен динамикалық сипаттамаларына-туу, өлім, даму қарқыны мен ұрпақтарының сапасына әсер етуі мүмкін.
Температура. БиоСфера энергетикасымен байланысты барлық климаттық факторлардан температура ең үлкен экологиялық мәнге ие. Ол жер бетіндегі энергия ағындарының өзгеруін қорытындылайды және өз кезегінде биоттың энергетикасына елеулі әсер етеді.
Жер бетіндегі ауа температурасы -88,3 0C («Восток» станциясы, Антарктида) +58,7°С (Гарьян, Ливия) диапазонын алып жатыр. Құрлықтар мен мұхиттан (Антарктидты қоспағанда) жоғары жер бетіндегі ауа қабатының орташа жылдық температурасы +15,7°С.үлкен тербелістер жеке белдіктер мен маусымға жатады. Атмосфераның орташа температурасын I0-ге арттыру үшін (жылудың ағынсыз) күн радиациясының жылдық бюджетінің 0,2% — ы жеткілікті болар еді. Демек, атмосфераның термиялық тепе-теңдігі үлкен дәлдікпен сақталады. Гидросфераның орташа температурасы одан да тұрақты: 3,3 °с.
Белсенді өмірдің ең жоғары температуралық диапазоны — врдтың сұйық жай — күйінің диапазонынан сәл аз; көп жасушалы организмдер үшін-0-ден 50°С дейін.
85°с дейінгі температурада көбею қабілетін сақтай алады. Дене сұйықтықтарының қату нүктесінен (криобиоз) әлдеқайда төмен температура кезінде уайымдау тұқым мен дау үшін жақсы белгілі, көптеген бос жасушаларда, омыртқасыздарда, кейбір балықтарда және амфибияларда, сондай-ақ оқшауланған тіндерде және жоғары жануарлар мен адам мүшелерінде алынған. Бұл құбылыстарды зерттейтін криобиология қалпына келтіру хирургиясы мен гендік және репродукциялық банктерді құру үшін үлкен практикалық маңызы бар.
Фундаменталды физика-химиялық заңдылықтарға сәйкес химиялық реакциялардың жылдамдығы температураға байланысты және әдетте io0-да (Вант-Гофф ережесі) температураның өсуі кезінде 2-3 есе артады.
