2.1. Влияние света на человека
Все знают, что сила солнечного света столь велика, что он способен контролировать циклы природы и биоритмы человека. Свет, в действительности, связан с нашими эмоциями, с ощущением комфорта, безопасности, а также тревоги и беспокойства. Однако, во многих областях современной жизни свету не уделяется нужное внимание.
На вопрос о том, что самое важное в жизни, большинство людей отвечают - здоровье. В то время, как здоровое питание, фитнесс и вопросы экологии широко освещаются на страницах газет, журналов и интернет-сайтов, вопросы правильного и здорового освещения не затрагиваются вовсе. Наиболее известные аспекты освещения - это влияние УФ-излучения в летнее время, а также его способность бороться с зимней депрессией и некоторыми кожными заболеваниями. Остальные вопросы освещения обсуждаются лишь в узком кругу профессионалов, а большинство людей не задумываются о широких возможностях влияния света на наше физическое и моральное состояние.
Отношения между светом и человеком претерпели значительные изменения за последние 100 лет с началом индустриализации. Сейчас мы проводим большую часть своего времени в закрытых помещениях с искусственным светом. Многие составные части спектра естественного света важные для нашего здоровья, теряются, проходя через стекло.
Человек на протяжении всей эволюции приспосабливался к спектру солнечного излучения и для хорошего здоровья ему необходимо получать именно полный спектр. Многие возмещают недостаток солнечного света прогулками в парке, по пляжу или отдыхом на балконе. Впервые эффект сезонного расстройства описал доктор Норманн Розенталь. Позднее был проведен эксперимент среди жителей Норвегии, где 49 дней в году длится ночь. Люди, живущие в таких условиях, часто чувствуют себя уставшими, им трудно просыпаться и приниматься за работу, многих преследуют депрессии и апатичные состояния. Зато день, когда возвращается солнце, отмечается как праздник «День Солнца» и встречается слезами радости. [1]
Наблюдения показывают, что существует специфическая связь между освещением и чувством комфорта. Также они показывают, что естественное освещение всегда более благоприятное и удобное для всех обычных видов деятельности. Многие архитектурные проекты демонстрируют абсолютное пренебрежение дневным светом. Офисные и торговые здания без окон, в которых люди проводят многие часы, не видя солнца и не понимая какое время суток и года снаружи. Увеличивая проникновение дневного света в офисы можно, в конечном счете, сократить число пропусков из-за болезней сотрудников и улучшить рабочую атмосферу в офисе.
Поскольку внутри зданий количество дневного света недостаточное для того, чтобы удовлетворять потребности человека в нем, электрические источники призваны компенсировать этот недостаток. Все источники искусственного света в той или иной степени пытаются имитировать дневной свет, некоторые делают это очень хорошо.
Т.В. Акимова изучала влияние различного света на человека и пришла к выводам, что любое отклонение от спектра естественного света несет в себе вредный для здоровья потенциал. Эксперименты на эту тему проводились уже давно, в 1973 году Джон Отт изучал две группы детей, занимающихся в комнатах без окон. В одной комнате освещение было максимально приближенным к естественному, за счет использования ламп полного спектра, а в другой использовались обычными люминесцентные лампы. В результате, дети, занимающиеся в комнате с люминесцентными лампами, были сперва гиперактивны, а затем сильно уставали и теряли способность к концентрации, также отмечалось и повышение давления. [1]
Ученые недавно протестировали ряд современных искусственных источников света на предмет биологического влияния, которое они оказывают на человека в сравнении с естественным светом. Этим самым пришли к выводу, что наиболее близким к естественному спектром, обладает лампа накаливания. [7]
Результаты подобных исследований редко становятся известны широкой публике. Дело в том, что большинство людей мало понимают в таких вопросах. Кроме того, в разных культурах по-разному ценят окружающую среду и ее дары. Для большинства из нас свет настолько привычное сопровождение нашей жизни, что мы не задумываемся над его разнообразными свойствами, которые влияют на нашу жизнь в моральном и физическом плане. Подобно воздуху, который мы не замечаем, свет воспринимается как данность, до тех пор, пока мы не почувствуем его недостаток или дискомфорт при контакте, например, со слишком яркой лампочкой. Многие не отдают себе отчета, что испытывают усталость на рабочем месте из-за плохой освещенности, поскольку это не всегда очевидно.
Благодаря солнечному свету организм человека вырабатывает гормон серотонин, отвечающий за большое число процессов, происходящих в организме, его ещё называют гормоном радости. Отсутствие этого гормона вызывает зимнюю депрессию. При приёме солнечных ванн происходит выработка витамина D, восстанавливающего костную ткань. Суточная норма потребления этого витамина должна составлять не менее 400 единиц. Например, если подставить своё лицо всего на 15 минут под прямые лучи солнца, то в организм поступит суточная норма витамина D.
Так же, хотелось бы добавить, то солнечный свет, являясь источником всего живого на Земле, а также первопричиной появления самого органа зрения, при определенных условиях может вызывать опасные необратимые повреждения глаз. Созданные человеком мощные искусственные источники световых излучений, призванные удовлетворять потребности науки, производства и медицины, также нередко являются причиной функциональных и органических повреждений глаз у людей.
Резкое изменение уровня общей освещенности или яркости рассматриваемых объектов обусловливает нарушение зрительного восприятия в течение промежутка времени, необходимого для перехода на новый уровень адаптации. Это явление в физиологической оптике получило название «ослепление».
2.2. Влияние света на животных
Как уже было сказано, живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ.
Правильно подобрав режимы освещения, температуры и другие факторы, наиболее соответствующие биоритмам, можно заметно повысить жизнедеятельность и продуктивность разводимых животных и растений, причем без каких-либо дополнительных затрат. Например, благодаря увеличению в теплицах, оранжереях и парниках светового дня до 12-15 ч зимой выращивают овощные культуры и декоративные растения, ускоряют рост и развитие рассады. Максимально продлевая световой период, можно увеличить яйценоскость кур, уток, гусей, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах, удои и прирост крупного рогатого скота. [20]
Фактор естественной освещенности оказывает благоприятное влияние на жизнедеятельность животных, их рост и продуктивность. Под влиянием света у животных возрастает активность ферментов, улучшается работа органов пищеварения, усиливается отложение в тканях протеинов, жиров, минеральных веществ.
Солнечное освещение улучшает бактерицидные свойства крови, ослабляет и разрушает продукты жизнедеятельности микробов и их самих.
Нормальное естественное освещение способствует повышению сопротивляемости организма животных заболеваниям. По усредненным данным увеличение естественного освещения в помещениях для крупного рогатого скота способствует повышению молочной продуктивности примерно на 5%, а привесов - на 10%. Более высокое содержание жира в коровьем молоке вечернего удоя (по сравнению с утренним) связано с влиянием света. [20]
Способность воспринимать длину дня и реагировать на нее широко распространена в мире живых существ. Это означает, что живые организмы способны ориентироваться во времени, т. е. они обладают биологическими часами. Другими словами, для многих организмов характерна способность ощущать суточные, приливные, лунные и годичные циклы, что позволяет им заранее готовиться к предстоящим изменениям среды. При отсутствии источников натурального света естественные ритмы нарушаются, что приводит к негативным последствиям, в той или иной степени.
Свет для животных необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Полнота зрительного восприятия окружающей среды зависит у животных в первую очередь от степени эволюционного развития. Примитивные глазки многих беспозвоночных – это просто светочувствительные клетки, окруженные пигментом, а у одноклеточных – светочувствительный участок цитоплазмы. Наиболее совершенные органы зрения – глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Они позволяют воспринимать форму и размеры предметов, их цвет, определять расстояние.
Некоторые животные, например гремучие змеи, видят инфракрасную часть спектра и ловят добычу в темноте, ориентируясь при помощи органов зрения. Кроме эволюционного уровня группы, развитие зрения и его особенности зависят от экологической обстановки и образа жизни конкретных видов.
Жизнь при сумеречном освещении приводит часто к гипертрофии глаз. Огромные глаза, способные улавливать ничтожные доли света, свойственны ведущим ночной образ жизни лемурам, обезьянам лори, долгопятам, совам и др.
Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних перелетов и миграций. Птицы с поразительной точностью выбирают направление полета, преодолевая иногда тысячи километров от гнездовий до мест зимовок.
Доказано, что при таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ориентируются по солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света. При вынужденном отклонении от курса они способны к навигации, т. е. к изменению ориентации, чтобы попасть в нужную точку Земли. При неполной облачности ориентация сохраняется, если видна хотя бы часть неба. В сплошной туман птицы не летят или, если он застает их в пути, продолжают лететь вслепую и часто сбиваются с курса.
Способность к подобного рода ориентации свойственна и другим группам животных. Среди насекомых она особенно развита у пчел. Пчелы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том, куда лететь за взятком, используя в качестве ориентира положение солнца.
2.3. Влияние света на растения
Как было выяснено ранее, среди солнечных лучей, достигших Земли, имеются разные лучи: радиоволны, ультрафиолетовые, видимые, тепловые и др. Многие из них невидимы для человеческого глаза, а видимые лучи мы называем солнечным светом. Он состоит из лучей разной окраски и разной длины волн. Среди них есть красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, голубые, синие и фиолетовые. Растениями в процессе фотосинтеза больше всего поглощаются оранжево-красные и сине-фиолетовые лучи, их больше содержится в рассеянном свете, чем в прямом. Спектральный состав света зависит от высоты стояния солнца над горизонтом, времени года, широты местности, от состояния атмосферы.
Ультрафиолетовые лучи, достигающие земной поверхности, в умеренной дозе стимулируют рост и размножение клеток, повышают содержание в растениях витаминов, их устойчивость к заболеваниям.
Помимо качества света, большое значение в жизни растений имеет его количество, т. е. интенсивность освещения. Она меняется в разные месяцы вегетационного периода и зависит от широты местности, а так же от типа местообитания. У растений в процессе эволюции возникли разнообразные приспособления, позволяющие им жить в разных условиях освещения, различают светолюбивые, тенелюбивые, теневыносливые растения. [19]
1. Светолюбивые растения (гелиофиты).
Светолюбивые растения могут нормально развиваться лишь в условиях интенсивного освещения (сосна, берёза, лиственница).
2. Тенелюбивые растения (сциофиты).
Тенелюбивые растения растут в условиях слабого освещения (ель, кислица, майник двулистный, вороний глаз).
Сравнивая особенности светолюбивых и тенелюбивых растений, можно обнаружить различия в их внешнем и внутреннем строении. Так, у светолюбивых растений корневая система более мощная, междоузлия у побегов короче, листовые пластинки мельче, они жёсткие, толстые, хорошо развита кутикула. Клетки мякоти листа дифференцированы на столбчатую и губчатую ткани. Хорошо развиты механические ткани.
У тенелюбивых растений корневая система развита слабее, междоузлия вытянуты, листовые пластинки крупные, тонкие, мягкие. Клетки мякоти листа слабо дифференцированы на столбчатую и губчатую паренхиму. Механические ткани развиты слабо. В клетках губчатой ткани содержатся крупные хлоропласты.
3. Теневыносливые растения (сциогелиофиты).
Теневыносливые растения в большинстве своём являются светолюбивыми, но способны выносить и некоторое затенение. К ним относится большинство луговых и лесных растений (ольха серая, рябина, липа, земляника, тысячелистник).
На растения влияют не только интенсивность и качество света, но и продолжительность освещения. С этим связаны суточные и сезонные ритмы активности растений. В разных географических зонах длина светового дня различна, и растения приспособились к жизни в условиях длинного и короткого дня. Длинный день способствует нормальному развитию северных растений, их называют растениями длинного дня (рожь, пшеница, клевер, редис). Выходцы их южных областей относятся к растениям короткого дня (подсолнух, огурцы, томаты, астры, хризантемы).
Наверное, нет в мире природы такого растения, который бы и вовсе не нуждался в солнечном освещении. Конечно, растения подразделяются на светолюбивые и теневыносливые разновидности. Однако, большая часть растительного сообщества все же очень нуждается в достаточном световом освещении. Это является гарантом полноценного роста и развития, формирования необходимого количества фотосинтеза, а так же регуляции всех жизненно важных процессов. Кроме того, солнечный свет влияет на образование необычайно важных для живого организма химических процессов.
Под влиянием различных условий светового режима у растений выработались соответствующие приспособительные качества. Прежде всего это касается величины листовых пластинок: у гелиофитов по сравнению с теплолюбивыми они обычно более мелкие. Ориентация листьев у светолюбов вертикальная или имеет разный угол по отношению к солнечным лучам, чтобы избежать избыточного света и перегрева. Листья теневыносливых растений, напротив, ориентированы к свету всей поверхностью листовой пластинки и расположены так, чтобы не затенять соседние листья (листовая мозаика).
У многих гелиофитов поверхность листовой пластинки блестящая, покрыта светлым восковым налетом, густо опушена, что способствует отражению палящих солнечных лучей или ослаблению их действия.
Световые и теневые растения имеют четкие различия и по анатомическому строению. Так, у гелиофитов хорошо развиты осевые органы с оптимальным соотношением ксилемы и механических тканей, менее сложные по форме листья с характерной дифференцировкой мезофилла на столбчатый и губчатый, высокой степенью жилкования, большим числом устьиц на единицу поверхности листа. У светолюбивых растений количество хлоропластов, приходящихся на единицу площади листовой пластинки, в несколько раз больше, чем у тенелюбивых. Сами хлоропласты у гелиофитов более мелкие и светлые (с малым содержанием хлорофилла), способные к изменению ориентировки и перемещениям в клетке: на сильном свету они занимают постенное положение и становятся «ребром» к направлению лучей, что защищает хлорофилл от разрушения.
Регулярность и неизменная повторяемость из года в год данного явления позволила организмам в ходе эволюции согласовывать свои важнейшие жизненные процессы с ритмом этих временных интервалов. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.
По типу фотопериодической реакции (ФПР) различают следующие основные группы растений [19]:
1. Растения короткого дня, которым для перехода к цветению требуется 12 часов светлого времени и менее в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис);
2. Растения длинного дня; для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 часов в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь);
3. Фотопериодически нейтральные; для них длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, одуванчики, гречиха, флоксы и др.).
Растения длинного дня произрастают преимущественно в северных широтах, растения короткого дня – в южных.
Различают организмы с непостоянной температурой тела – пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела – гомойтермные. [19]
Растения – пойкилотермные организмы, т. е. их собственная температура уравнивается с температурой окружающей их среды. Однако это соответствие неполное. Конечно, тепло, выделяемое при дыхании и используемое при синтезах, вряд ли играет какую-либо экологическую роль, но все же температура надземных частей растения может значительно отличаться от температуры воздуха в результате энергообмена с окружающей средой. Благодаря этому, например, растения Арктики и высокогорий, которые заселяют места, защищенные от ветра, или растут вплотную к почве, имеют более благоприятный тепловой режим и могут достаточно активно поддерживать обмен веществ и рост, несмотря на постоянно низкие температуры воздуха.
Для характеристики тепловых условий жизни растений важно знать не только общее количество тепла, но и его распределение во времени, от которого зависят возможности вегетационного периода. Годовую динамику тепла хорошо отражает ход среднемесячных (или среднесуточных) температур, неодинаковый на разных широтах и при разных типах климата, а также динамика максимальных и минимальных температур.
Такое преобразование как фотосинтез считается той необходимой составляющей, без которой растение не может расти и формироваться должным образом, поскольку именно фотосинтез влияет на преобразование углекислого газа в кислород и даже воду, насыщает энергией и уничтожает многие гнилостные бактерии. Как человек не может прожить без кислорода, так и растения полностью зависят от получения углекислого газа. И именно свет является прямым поставщиком этих необходимых элементов для всех представителей растительного сообщества.
Заключение
Проведя анализ различных процессов, связанных с воздействием света на живые организмы, можно сделать следующие выводы:
1.Весь оптический диапазон электромагнитного излучения Солнца и искусственных источников активно воздействует на организмы: человека, животных, растений.
2.Наиболее острые эффекты вызываются ультрафиолетовым светом. Видимое излучение не вызывает патологических реакций и является эффективным регулятором биологических ритмов, а в некоторых случаях и терапевтическим эффектом.
3.Несмотря на огромные разнообразия и очевидные различия описанных процессов можно выявить некоторые общие стадии и закономерности.
Очень важно и многообразно влияние на животных солнечного света. Его лучи вызывают раздражение зрительного нерва, а также чувствительных нервных окончаний, заложенных в коже и слизистых оболочках. Кроме того, они возбуждают нервную систему и эндокринные железы и через них действуют на весь организм. Под влиянием солнечного освещения у животных возрастает активность окислительных ферментов, углубляется дыхание, они поглощают больше кислорода и выделяют больше углекислоты и водяного пара. В периферической крови увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина. Усиливается также переваривание корма и отложение в тканях белка, жира и минеральных веществ.
Совокупность всех влияний, оказываемых светом, наряду с другими влияниями приводит к тому, что одни животные ведут дневной образ жизни, другие ночной, третьи сумеречный. Привычка к ночной или дневной жизни настолько неотделима от организма, что всякие случайные изменения в нормальном чередовании света и тьмы вызывают серию безошибочных соответствующих рефлексов. Так, во время солнечного затмения все животные начинают вести себя, как ночью: ночные насекомые (тараканы, сверчки, комары и пр.) приступают к своей обычной деятельности, а дневные (бабочки, мухи, пчёлы), наоборот, приостанавливают свою деятельность на время затмения, а затем возобновляют её.
Целесообразность живой природы – результат исторического развития видов в определённых условиях, поэтому она всегда относительна и имеет временный характер. В ходе эволюции добиваются успеха те организмы, которые лучше других приспособлены к окружающей среде. Если условия среды изменятся, то организм, чтобы выжить и продолжать размножаться, может адаптироваться к свету путём модификации, но только в рамках наследственно определённой для него нормы реакции. Гены определяют норму реакции, а от внешней среды зависит, какой вариант в пределах этой нормы реакции реализуется в данном случае.
Каждое приспособление и весь их комплекс не появляются в готовом виде, а вырабатываются в процессе борьбы за существование в результате отбора случайных наследственных изменений в ряду поколений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретных условиях среды. Другими словами, приспособленность организмов к свету – результат действия движущихся сил эволюции в данных условиях существования.
Таким образом, приспособленность к свету в органическом мире – следствие естественного процесса эволюционного развития. Явление преадаптации лишний раз подчеркивает приспособительный характер эволюции, основанный на отборе полезных наследственных изменений и прогрессивных преобразований существующих структур в процессе освоения новых условий среды.
Список использованной литературы
1. Акимова Т.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда: Учебник для студентов вузов. 2-е изд., перераб. и дополн. – М.:ЮНИТИ, 2016. – 556 с.
2. Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. – М.: Академия, 2016. – 256 с.
3. Березина Н.А., Афанасьева Н.Б. Экология растений: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2017. – 400 с.
4. Беляев Д.К., Горбунова Е.Г. Влияние освещения в помещении на продуктивность животных. – М.: Академия, 2017. – 156 с.
5. Волкова, П.А. Основы общей экологии: Учебное пособие. – М.: Форум, 2015. – 128 c.
6. Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. – М.: Агар, 2016. – 424 с.
7. Галанин Н.Ф. Лучистая энергия и ее гигиеническое значение. – М.: Медицина, 2016. – 182 с.
8. Двораковский М.С. Экология растений: Учеб. Пособие для вузов. – М.: ЭКСМО, 2018. – 190с.
9. Запольсъкий А. К. Основы экологии:. Учебник –. М.: Высшая школа, 2015 – 358 с.
10. Злобин. ЮА. Основы экологии. – М.: Либра, 2018. – 248 с
11. Потапенко А.Я. Действие света на человека и животных // Образовательный журнал. – 2016.- № 10. - С. 13 - 20
12. Культнаосв И.М. Экология растений. – М.: ЭКСМО, 2016. – 384 с.
13. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экорлогия. 2-е изд.Учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2018. – 624 с.
14. Реймерс. Н. Ф. Основные биологические понятия и термины: книга для учителя. – М:. Просвещение, 2015. – 319 с.
15. Реймерс Н.Ф. Экология: теория, законы, правила, принципы и гипотезы. – М.: Россия молодая, 2014. – 367 с.
16. Риклефс Р. Основы общей экологии. – М.: Мир, 2017. – 424 с.
17. Степановских А.С. Биологическая экология. Теория и практика: учебник для студентов вузов, обучающихся по экологическим специальностям. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2017. – 791 с.
18. Чернова Н.М. Общая экология: Учебник для студентов педагогических вузов. – М.: Дрофа, 2018. – 416 с.
19. Шульгин И.А. Растения и солнце. – М.:ЭКСМО, 2015. – 251 с.
20. Юрков В.М. Влияние света на животных. – М.: Просвещение, 2015. – 125 с.