Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы

Ионизирующее излучение действует на субклеточном уровне (ядра, митохондрии), может оказывать мутагенный эффект. Среди ультрафиолетовых лучей (УФЛ) до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290–380 нм), а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20–25 км озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы О3. Длинноволновые ультрафиолетовые лучи, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие дозы их вредны для организмов, а небольшие необходимы многим видам. В диапазоне 250–300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие и у животных вызывают образование из стеролов антирахитичного витамина D; при длине волны 200–400 нм вызывают у человека загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи с длиной волны более 750 нм оказывают тепловое действие.

Видимая радиация несет приблизительно 50 % суммарной энергии. С областью видимой радиации, воспринимаемой человеческим глазом, почти совпадает ФР – физиологическая радиация (длина волны 300–800 нм), в пределах которой выделяют ФАР – область фотосинтетически активной радиации (380–710 нм). Область ФР можно условно разделить на ряд зон: ультрафиолетовую (менее 400 нм), сине-фиолетовую (400–500 нм), желто-зеленую (500–600 нм), оранжево-красную (600–700 нм) и дальнюю красную (более 700 нм).

Зеленым растениям свет нужен для образования хлорофилла, формирования гранальной структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, активизирует ряд ферментов, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот. Свет влияет на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие. Но самое большое значение имеет свет в осуществлении процесса фотосинтеза. С этим связаны основные адаптации растений по отношению к свету.

Фотоавтотрофы способны ассимилировать СО2, используя лучистую энергию Солнца и преобразуя ее в энергию химических связей в органических соединениях. Пурпурные и зеленые бактерии, имеющие бактериохлорофиллы, способны поглощать свет в длинноволновой части (максимумы в области 800-1100 нм). Это позволяет им существовать даже при наличии только невидимых инфракрасных лучей. Водоросли и высшие зеленые растения поглощают свет в диапазоне, близком к видимому человеческим глазом.

В Мировом океане водоросли обитают в освещаемой зоне. Глубже всех проникают красные водоросли. Чаще они обитают на глубинах до 20–40 м, но если прозрачность воды велика, то встречаются до 100 и даже 200 м.

Фототаксис - двигательная реакция подвижных микроорганизмов в ответ на световой стимул, также это реакция на свет зооспор, а также медленное перемещение хлоропластов внутри клетки. 2 основных типа Ф.: топотаксис и фоботаксис. При топотаксисе клетки направленно движутся к источнику света (положительный топотаксис) или от него (отрицательный), при фоботаксисе клетка меняет направление движения на обратное на границе участков с различной освещённостью (шоковая реакция, реакция "испуга"). Ф. обеспечивает выбор оптимальных условий освещения для фотосинтеза и жизнедеятельности клеток и может рассматриваться как важная приспособительная реакция микроорганизмов.

Механизм Ф. включает три основные стадии:

1. поглощение света и первичная реакция в фоторецепторе;

2. преобразование стимула и передача сигнала двигательному аппарату

3. изменение движения жгутиков.

По механизму реакций различают:

1. неспециализированный, характерный для фотосинтезирующих бактерий и ряда водорослей, фоторецептором служит фотосинтетический аппарат, заключённый в хлоропластах и хроматофорах, а появление сигнала связывают с изменением скорости первичных процессов фотосинтеза

2. Специализированный, обеспечивается специальным аппаратом. У эвглены он состоит из парафлагеллярного тела, пространственно связанного со жгутиком, и расположенной сбоку окрашенной стигмы. При движении (как в темноте, так и на свету) клетка вращается вокруг продольной оси. Парафлагеллярное тело служит фоторецептором, что и приводит к возникновению сигнала, вызывающего изменение направления движения

Фототропизм - изменение направления роста органов растений под влиянием односторонне падающего света. Различают:

1. Положительный, например изгиб стебля к источнику света, плагиотропизм, или диатропизм, пластинок листьев, становящихся под углом к падающему свету

2. Отрицательный – изгиб органа в сторону, противоположную источнику света (например, верхушек некоторых корней, стеблей плюща).

Ф. стеблей и листьев способствует равномерному расположению листьев на растении, вследствие чего они мало затеняют друг друга (Листовая мозаика); благодаря положительному Ф., а также отрицательному геотропизму верхушки проростков выходят на поверхность почвы даже при очень глубокой заделке семян.

Процесс Ф. слагается из ряда последовательных реакций:

1. восприятия светового раздражения, возбуждения клеток и тканей,

2. передачи возбуждения к клеткам и тканям ростовой зоны органа

3. усиления или ослабления роста клеток и тканей этой зоны, влекущих за собой Ф.

Восприятие светового возбуждения осуществляется специфическим фотоактивным комплексом, в состав которого входят каротиноиды и флавиновые пигменты. Проведение возбуждения по растению происходит с участием биоэлектрических токов, а также гормонов растений – ауксинов. Максимальная фототропическая чувствительность у растений обнаружена в спектре поглощения жёлтых и оранжевых пигментов – каротиноидов и флавинов.

Фоторецепция - восприятие света одноклеточными организмами или специализированными образованиями (фоторецепторами), содержащими светочувствительные пигменты.

Формы фоторецепции:

1. фототропизм – изменение ориентации по отношению к источнику света прикрепленных животных и растений;

2. фототаксис – направленное движение к свету или от света свободно движущихся организмов;

3. фотокинезис – ненаправленное увеличение или уменьшение подвижности организма в ответ на изменения уровня освещённости.

4. зрение, осуществляемое специальными органами различной степени совершенства.

Фоторецепция может быть:

1. диффузная световая чувствительность, у хламидомонады светочувствительное глазное пятнышко связано с хлоропластом, у эвглены – непосредственно со жгутиком. Диффузная световая чувствительность (без участия фоторецепторов) свойственна большинству беспозвоночных животных и некоторым позвоночным (отдельные виды рыб, земноводных), у некоторых она обеспечивается специальными клеточными органеллами – хроматофорами. Неспециализированные светочувствительные элементы могут быть разбросаны по всему телу или сконцентрированы на его поверхности и в глубине.

2. Зрительная, совершается в фоторецепторах.

· Стигмы и глазки простейших, а также глазки кишечнополостных, плоских и кольчатых червей, членистоногих можно рассматривать как простейшие формы органов зрения.

· У моллюсков структура и функция фоторецепторной системы более сложна (у осьминога и каракатицы она, например, вполне сравнима с глазом позвоночных).

· фасеточные глаза членистоногих

· камерный глаз позвоночных

Первичные процессы зрения общие у всех животных и совершаются в светочувствительной фоторецепторной мембране зрительной клетки Различия касаются способов упаковки мембран в световоспринимающих частях различных фоторецепторов. Основной зрительный пигмент - родопсин.

Наиболее совершенные органы зрения – глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Они позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние. Объемное зрение, например, характерно для человека, приматов, ряда птиц – сов, соколов, орлов, грифов. Животные, у которых глаза расположены по бокам головы, имеют монокулярное, плоскостное зрение.

Поиск по сайту: