Для химических процессов необходима тепловая энергия. Для сложных биохимических реакций ее требуется особенно много.

Поэтому жизнь в активном состоянии возможна лишь при достаточно высокой температуре среды. От количества тепла, получаемого организмом, зависят любые физиологические процессы, их интенсивность, а в некоторых случаях и их направление.

Каковы же температурные условия жизни на Земле. У большинства организмов жизнедеятельность протоплазма возможна в пределах от минус 4 до плюс 40-45°. При постепенном повышении температуры удается повысить теплоустойчивость клеток и организма, но до определенного предела, после которого начинается разрушение ферментов и других белковых соединений, вызывающее смерть. Однако в природе возникли и исключительно теплоустойчивые и теплолюбивые организмы. Как известно, с увеличением глубины температура земной коры повышается. Микробиологи считают, что нижней границей биосферы (т. е. областью земной коры и атмосферы, населенной жизнью) является изотерма в +100°. Особые виды бактерий были найдены в известняках на глубинах до 500 м от поверхности Земли. Эти бактерии жили при +35°.

Некоторые животные и водоросли могут населять горячие источники, в которых обычные организмы «свариваются» в несколько минут или секунд. Так, например, имеются водоросли, которые растут в горячих озерах при +90°. В некоторых горячих источниках при +81° найдены круглые черви - нематоды; личинки мух - при +69°, а улитки при +47, +50°.

У организмов, не приспособленных к жизни при постоянно высоких температурах, сопротивляемость нагреванию, конечно, значительно ниже. Но она может меняться и зависит, как выяснилось, от гормональных процессов и от содержания воды и жиров в протоплазме. Клетки животных редко длительное время переносят температуры выше 40°. Но в период покоя, когда снижается содержание воды, теплоустойчивость повышается. Так, например, колорадские жуки во время диапаузы (период покоя, остановки развития у насекомых) выносят в течение часа температуру +58°.

У микроорганизмов в состоянии покоя (цисты, споры) количество воды уменьшается очень резко, протоплазма становится вязкой, она не подвергается денатурации при температурах кипения воды, а иногда и при + 130, +150° (под давлением).

Другие организмы, напротив, приспособились к очень низким температурам, к жизни в наиболее холодных районах нашей планеты. Так, в районе полюса холода северного полушария - в Верхоянске - насчитывают до 200 видов растений. Антарктический материк почти совершенно безжизнен; здесь не хватает тепла, нет почвы, и сплошные массы вечного льда покрывают материк. Но на участках, обнаженных ото льда («оазисах»), найдено несколько десятков видов различных беспозвоночных животных и низших растений. Они живут здесь несмотря на то, что минимальные температуры достигают в Антарктиде -80° и ниже.

Стоит задуматься над тем, почему жизнь прекращается при низких температурах. При нагревании денатурируются белки, а при охлаждении оказалось, что наиболее опасно образование льда в тканях и клетках. Лет 30 назад распространено было мнение, что многие животные, в том числе и позвоночные - рыбы, лягушки, зимой промерзают, а весной вновь оживают. Впоследствии выяснилось, что это не так: кристаллы льда в протоплазме клеток высокоорганизованного животного неминуемо нарушают ее структуру, клетка гибнет.

Но если клетка теряет воду, устойчивость ее к холоду повышается. Из-за отсутствия воды клетки и ткани не замерзают. Так, например, некоторые относительно примитивные животные - коловратки, тихоходки, нематоды - в высушенном состоянии способны переносить охлаждение вплоть до температур, близких к абсолютному нулю. Такой же выносливостью обладают споры и семена растений.

Около 20 лет назад было обнаружено очень интересное явление, поразившее биологов. Если быстро погрузить отдельные живые клетки или микроорганизмы в жидкий воздух (около -190°), они мгновенно замерзают, но после оттаивания остаются живыми. Оказалось, что при очень быстром охлаждении вода не кристаллизуется и застывает, как стекло. Это и сохраняет жизнь клеткам.

Следовательно, не сама низкая температура, а лишь кристаллизация воды губительна для живой системы.

Микроорганизмы в виде спор, цист, а некоторые и в активном состоянии могут выносить температуру жидких газов (от -180 до -271°). Как показали исследования последних лет, клетки высокоорганизованных животных и растений при определенных условиях тоже могут переносить сверхнизкие температуры. Приведем несколько примеров.

Клетки из разных тканей животных помещали на некоторое время в раствор глицерина, а после этого переносили в жидкий газ с температурой до -196°. Отогретые после этой процедуры клетки «оживали». Сперматозоиды млекопитающих - быка, барана, кролика и других сохранялись в состоянии анабиоза при температуре около -196° и после отогревания не потеряли способности активно двигаться и оплодотворять яйцевую клетку. В опытах со сперматозоидами быка удалось «оживить» эти клетки после 8 лет пребывания при сверхнизкой температуре.

Но и без специальных защитных веществ, вроде глицерина, некоторые насекомые, зимующие в высоких широтах, могут переносить глубокое охлаждение. В природе они охлаждаются до -20, -30, может быть, даже -50°. В лаборатории Института цитологии АН СССР постепенно охлаждали зимующих гусениц кукурузного мотылька до -183 и -196°. Самые разнообразные клетки их тела оставались после оттаивания живыми в течение многих недель.

Что же происходит при такой низкой температуре, почему клетки не погибают? В природе наиболее часто защитой от замерзания является переохлаждение жидкостей тела. Известно, что при некоторых условиях вода не замерзает при 0°. а охлаждается без замерзания до значительно более низких температур. То же происходит и в клетках. В этом состоянии переохлаждения, исследованном подробно у насекомых, животное неподвижно, находится в оцепенении, но остается живым. Личинки жука короеда - заболонника струйчатого оставались, по нашим наблюдениям в природе, мягкими, не замерзшими при температуре от -48 до -55° в течение трех суток.

Но и кристаллизация жидкостей тела не всегда приводит к смерти. Еще в 1937 году нам удалось установить, что некоторые виды насекомых способны выдерживать замерзание с кристаллизацией жидкостей тела. Например, гусеницы кукурузного мотылька, зимующие в стеблях травянистых растений, при -30° нередко замерзают так, что становятся совершенно твердыми, и сохраняются в течение многих дней, после оттаивания они продолжают жить. В специально поставленных опытах эти гусеницы «оживали» после суточного пребывания в температуре -78° в замерзшем, твердом, как стекло, состоянии.

Но и эта температура еще не «рекордная» Недавно японские исследователи Асахина и Аоки поставили ряд экспериментов с постепенным охлаждением насекомых и других беспозвоночных - сперва их помещали в температуру -30°, после чего замерзшие животные сразу переносились в -183 или в -196°. После оттаивания некоторые из них оказались живыми. Такую температуру переносили в замерзшем состоянии довольно сложные животные, имея нормальное количество воды в теле.

В 1961-1962 годах в Институте цитологии АН СССР ставились опыты с глубоким охлаждением большого количества гусениц кукурузного мотылька. Оказалось, что свыше 70% гусениц переживали 25-суточное охлаждение до -78° и около 40% смогли развиваться и превращаться в куколок и бабочек после суточного пребывания при столь низкой температуре. Многие из этих гусениц под влиянием длительного процесса закаливания при температурах около 0° оставались живыми, пробыв 1-2 суток в жидком азоте (-196°).

Высокоорганизованные животные погибают уже при не значительном понижении температуры тела и не переносят даже небольшого количества льда во внутренних органах. Но высшие растения переносят очень низкие температуры

Очень интересны, например, опыты, проведенные Тумановым с сотрудниками в Институте физиологии растении АН СССР. Для опыта были взяты ветки различных древесных пород, березы бородавчатой, черной смородины, яблони и других. Срезанные ветви березы закаливались сначала при -5°, а затем каждый день температура зимой понижалась до очень низкой температуры, пока не достигла -60° После этого ветви опускались на двое суток в жидкий азот (-196°) и затем отогревались. Ветви смородины закаливались более длительно и из жидкого азота переносились в жидкий водород (-253°) на два часа, откуда снова в азот, который постепенно испарялся в течение шести суток. В дальнейшем, когда ветви были помещены в воду, почки на ветвях распускались. Без закаливания ветви погибали при -45°. Совсем не выдерживали охлаждения ветви, срезанные летом

Невольно возникает вопрос, почему живые ткани могут переносить такие низкие температуры, каких не бывает на Земле? Известно, что развитию высокой холодоустойчивости способствует закаливание при низкой температуре, постепенное понижение интенсивности обмена веществ при наступлении зимнего покоя, спячки, в это время уменьшается количество воды, способное превратиться в лед при охлаждении, увеличивается количество веществ, которые препятствуют замерзанию. Но основная причина в том, что клетки могут переходить в состояние анабиоза, при котором временно совсем прекращается обмен веществ. Это состояние наступает при температурах, которые не слишком низки и наблюдаются на Земле. Когда же организм находится в состоянии анабиоза, дальнейшее охлаждение для него уже не имеет существенною значения.

Приспособление живых существ шло и по другим направлениям - позвоночные, например, приобрели способность сохранять и повышать активность обмена при низких температурах. Так возникла теплокровность, при которой температура тела сохраняется независимо от температуры среды.

Некоторые виды насекомых, подобно теплокровным животным, могут сохранять активность при морозах до -10° и даже ниже. По-видимому, для этого достаточно тепла, выделяющегося при мышечной работе. Быть может, этому способствует также поглощение инфракрасных лучей Солнца

Для космической биологии очень интересно изучить, существуют ли физиологические различия между органами и тканями животных, живущих в разном климате. И если такие различия есть, нельзя ли обнаружить их между клетками очного и того же животного, расположенными внутри и на поверхности тела, которая испытывает значительные колебания температуры?

Очень небольшое количество подобных наблюдений отрывает увлекательные перспективы для будущих исследований.

Известно, что у арктических и антарктических птиц не покрытая перьями поверхность ног может иметь очень низкую температуру кожи и не страдать при жестоких морозах Установлено, что периферические нервы у арктических птиц и млекопитающих проводят импульсы при более низкой температуре, чем соответствующие нервы у животных, приспособленных к тропическому климату или живущих в лабораторных условиях. Когда берут ткани для культивирования в искусственных условиях от различных грызунов, то оказывается, что клетки их тем дольше сохраняют жизнеспособность при низкой температуре, чем в более суровых условиях жил дикий зверек.

У растений и животных Арктики и высокогорий способность к активной жизни нередко как бы сдвигается в сторону низких температур по сравнению с их родичами из более теплых мест. Так, в умеренном климате у большинства организмов (кроме, конечно, теплокровных) дыхание прекращается между -5 и -15°. У некоторых же насекомых Арктики дыхание обнаруживается еще при температуре в -26 и -38°. Среди растений только хвойные дышат при еще более низкой температуре.

В высокогорьях на вечных снегах встречается одноклеточная водоросль (Spherella nivalis), которая покрывает снег красными или зелеными налетами. Лучше всего она растет при +4° и может еще расти при -34°. Таким образом, организмы способны приспосабливаться к самым низким из имеющихся на Земле температурам.

В лабораторных условиях путем «воспитания» или «закаливания» удается еще более расширить температурные границы жизни. Особенно легко «перевоспитываются» одноклеточные организмы. В опытах профессора Ю. И. Полянского (Институт цитологии АН СССР) инфузории туфельки помещались в воду с температурой около 0°. Сначала они были в очень угнетенном состоянии, некоторые погибли, но другие постепенно «привыкли» и стали размножаться. Потомство таких «закаленных» туфелек оказалось способным переносить в переохлажденной воде температуру до -15° (до закаливания они выдерживали температуру лишь немного ниже 0°). Процессы закаливания хорошо изучены у растений и у некоторых животных. При этом удается «приучить» организмы к температурам более низким, чем бывает на Земле. Естественно допустить, что температурные условия гораздо более суровые, чем на нашей планете, не могут быть препятствием для жизни.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Организм и условия его обитания u 1. Температура как экологический фактор. u Гомойотермные и пойкилотермные животные. u 2. Влажность. Экологические группы растений и животных по отношению к влажности

ТЕМПЕРАТУРА – как ЭФ u Температурные адаптации у растений представлены физиологическими, биохимическими и морфологическими адаптациями. u

u Так, растения Крайнего Севера зимой спокойно переносят морозы до – 60°С, тогда как большинство растений южного происхождения могут серьезно пострадать даже при небольших положительных температурах. u Растения какао погибают уже при 8°С.

По отношению к температурному режиму выделяют три группы растений: теплолюбивые, холодостойкие и морозостойкие растения u Теплолюбивые растения не переносят низкие положительные температуры и погибают уже при температуре +10°С, u холодостойкие повреждаются при снижении температуры ниже 0°С, u а морозостойкие растения могут выдерживать низкие отрицательные температуры до -25 °С и ниже. u

u гомойотермные (эндотермные) организмы (к которым традиционно относят млекопитающих и птиц) при изменении температуры окружающей среды поддерживают температуру тела на стабильном уровне;

u Снижение теплоотдачи: u Перьевой и волосяной покровы u Жировой слой u Сужение кровеносных капилляров

u Увеличение теплоотдачи: u Потоотделение u Уменьшение густоты шерстного или перьевого покровов u Расширение капилляров кожи u Тепловая одышка

u Пойкилотермные (Экзотермные) организмы - температура тела изменяется вслед за изменением температуры окружающей среды и близка к последней u Активность зависит от температуры внешней среды

u Поведенческие реакции – ориентация по отношению к теплу, интенсивность пигментации, активизация мышечных движений u Спячка, оцепенение

Физиологический механизм предполагает распределение и перераспределение жировых запасов, соответствующую пигментацию, изменение состояния перьевого, волосяного, чешуйчатого либо воскового покровов, кутикулы, перераспределение кровотоков, регуляцию испарения влаги через покровы тела и слизистые и т. п. u u

Химическая терморегуляция заключается в изменении уровня обмена веществ. u u u Повышенное образование тепла предохраняет организм от охлаждения. Наоборот, при высокой температуре окружающей среды обмен веществ в организме понижается. Это защищает организм от перегревания. Самое значительное количество тепла образуется в организме при сокращении мышц, во время физической работы. Образованию тепла способствует и непроизвольное сокращение мускулатуры - дрожь на холоде. Немалую роль играют процессы обмена веществ во внутренних органах. Образовавшееся в них тепло разносится кровью по всему телу и поступает к коже.

В физической терморегуляции главным является отдача тепла в окружающую среду. u u Способы теплообмена между организмом и окружающей средой включают теплоизлучение, конвекцию, теплопроводность и испарение. При излучении тепло переносится в виде электромагнитных волн длинноволновой инфракрасной части спектра, лежащей за пределами видимой его части. Тела не просто излучают тепло в окружающий воздух (он не может поглотить много излучаемого тепла), а передают его другим телам со скоростью, пропорциональной разности температур между двумя телами. У человека на излучение приходится около 50% общей теплоотдачи.

u Охлаждение путем излучения тепла может происходить и в том случае, если температура воздуха выше температуры тела. Теплоизлучение происходит при отсутствии непосредственного контакта с более холодным телом. Благодаря теплоизлучению человек, находящийся в тени, даже в жаркой пустыне способен освобождаться от части своего тепла.

u Этологический механизм предполагает перемену поз (перелетная саранча холодными утрами подставляет лучам солнца широкий бок тела, а в жаркий полдень – узкую спинку); активный поиск благоприятных микроклиматических условий (пустынные змеи и ящерицы забираются на ветви кустарников, чтобы не контактировать с раскаленной поверхностью грунта; насекомые ночуют в венчиках цветков, которые дольше сохраняют тепло)

u строительство и использование убежищ и укрытий, в том числе нор; использование водоемов (буйволы полуденные часы проводят в водоемах), коллективные формы поведения (овцы в метель сбиваются в «черепахи» , температура внутри которых может достигать +30 ºC

ВОДА – как ЭФ u Гидатофиты - водные растения, погружены целиком или большая часть u элодея, ряска

u гигрофиты в условиях избыточного увлажнения u калужница болотная, сердечник горький, вахта трехлистная, u все эти растения не выносят водного дефицита и не могут приспособиться даже к большой засухи

u мезофиты u растения умеренно увлажненных мест обитания u клевера, злаки, лисохвост, костер, тимофеевка, ежа сборная, ландыш, все лиственные деревья, многие полевые культуры, сорняки

u ксерофиты (суккуленты и склерофиты) u Растения засушливых мест u Листья плотные, твердые, жесткие с толстой кутикулой u Редукция листьев u Покрыты восковым налетом u Листья опушены u Листья часть свертываются вдоль

u Суккуленты (сочные) – кактусы, агавы, алоэ u Склерофиты – сухие – саксаул, верблюжья колючка, полынь

Регуляция водного баланса осуществляется путем реализации различных механизмов. механизмы: u выбор соответствующих местообитаний (дрозофилы летают под пологом деревьев, многие животные пустынных зон концентрируются в оазисах и речных долинах); u Этологические

u u u выбор времени активности (слизни и садовые улитки активны ночью и утром, когда еще не высохла роса и высока относительная влажность воздуха; дождь позволяет распространить период активности на дневное время суток); уход в почву (обитающие в пустынях и полупустынях москиты на самом деле влаголюбивы; их личинки развиваются в растительных остатках в норах грызунов и других укромных местах. ; поиск водоемов (антилопы, табуны лошадей кочуют от водопоя к водопою).

u Морфологические механизмы: u приобретение эпикутикулы или рогового слоя (эпикутикула насекомых богата восками и гидрофобна, то есть обладает водоотталкивающими свойствами; аналогичные свойства характерны для роговых образований рептилий);

u герметизацию (переднежаберные моллюски – лужанки, битинии и многие морские формы – закрывают вход в раковину крышечками, легочные моллюски – заливают вход слизью, образующей по высыхании пробку; слизни, двоякодышащие рыбы.

u Физиологические механизмы предусматривают: u наработку метаболической воды u снижение водопотерь от испарения (например, за счет снижение двигательной активности и герметизации трахейной системы у насекомых);

u совершенствование азотистого обмена (у рыб и многих других водных животных конечным продуктом азотистого обмена является аммиак, млекопитающих и некоторых насекомых – мочевина, большинства насекомых, птиц и рептилий – мочевая кислота;

Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Некоторые организмы, особенно в состоянии покоя или анабиоза способны выдерживать довольно низкие температуры. Колебание температуры в воде обычно меньше, чем на суше, поэтому пределы устойчивости к температуре у водных организмов хуже, чем у наземных. От температуры зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы живут при температуре от 0 до +50 на поверхности песка в пустыни и до – 70 в некоторых областях Восточной Сибири. Средний диапазон температур находится в пределах от +50 до –50 в наземных местообитаниях и от +2 до +27 – в Мировом океане. Например, микроорганизмы выдерживают охлаждение до –200, отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88.

Различают животные организмы :

ТЕМПЕРАТУРА

Достигается это следующими методами:

Пассивный метод. Укрыть животное одеялом для уменьшения потерь тепла. Это помогает при незначительной гипотермии.
Активное внешнее согревание. Для этого способа используются грелки, фен, воздушные согревающие одеяла. Причем, для большей эффективности, согревать нужно не лапы, а тело животного.
Активное внутреннее согревание. Применяется в случаях, когда неэффективны другие методы. Он заключается в том, что животному вливаются теплые жидкости (например, 0,9% раствор натрия хлорида) внутривенно, либо проводится диализ брюшной полости тем же раствором. Метод этот выполняется только квалифицированными врачами в условиях клиники.

Необходимо периодически измерять температуру тела животного. При тяжёлой гипотермии, помимо согревания, пострадавшее животное нуждается в интенсивной терапии, направленной не только на коррекцию имеющихся расстройств функций органов и систем, но и профилактику возможных осложнений. Основные усилия при этом сосредоточиваются на поддержании адекватного дыхания, эффективного кровообращения, оптимального обмена веществ, предупреждении дальнейшего охлаждения и постепенном активном согревании организма.

Профилактика.

Не оставляйте своё животное в холодном помещении надолго.
Если вы хозяин короткошёрстной собаки, помните, что в сильные морозы прогулка с животным должна быть непродолжительной.
Приобретите для своей собаки ботинки и тёплый комбинезон на зиму.

Пойкилотермные и гомойотермные организмы. Представители большинства видов живых организмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит прежде всего от тепла, поступающего извне, а температура тела - от величины температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермпыми). Пойкило-термия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и большей части хордовых.

Только у птиц и млекопитающих тепло, вырабатываемое в процессе интенсивного обмена веществ, служит достаточно надежным источником повышения температуры тела и поддержания ее на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Этому способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани. Такие организмы называют гомойотермными (эндотермными, или теплокровными). Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах.

Частный случай гомоЙотермии - гетеротермия - свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение (суслики, ежи, летучие мыши, сони и др.). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в случае низкой активности организма - пониженную, что сопровождается замедлением процессов обмена веществ и, как следствие, низкой теплоотдачей.

Температурная адаптация растений. Дня большинства наземных растений оптимальной является температура +25-30°С, а для таких требовательных к теплу растений, как кукуруза, фасоль, соя и другие виды тропического и субтропического происхождения, - +30-35°С. Следует иметь в виду, что для каждой фазы и стадии развития растений существует как оптимальный, так и верхний и нижний пределы температурного режима.

При воздействии на растение высоких температур происходит сильное обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства дыхания, наконец, тепловая денатурация белков, коагуляция цитоплазмы и гибель.

Противостоять опасному влиянию экстремально высоких температур растения способны благодаря усиленной транспирации, накапливанию в цитоплазме защитных веществ (слизи, органических кислот и др.), сдвигам температурного оптимума активности важнейших ферментов, переходу в состояние глубокого покоя, а также занятию ими временных местообитаний, защищенных от сильного перегрева. Это означает, что у некоторых растений вся вегетация сдвигается на сезон с более благоприятными тепловыми условиями. Так, в пустынях и степях есть немало видов растений, начинающих вегетацию очень рано весной и успевающих ее закончить до наступления летней жары. Они переживают эти условия в состоянии летнего покоя - уже созрели семена или появились подземные органы -луковицы, клубни, корневища (тюльпаны, крокусы, мятлик луковичный и др.)

Морфологические адаптации, предотвращающие перегрев, практически те же самые, что служат растению для ослабления потока солнечной радиации. Это блестящая поверхность и густое опушение, придающие листьям светлую окраску и повышающие отражение солнечного излучения, вертикальное положение листьев, свертывание листовых пластинок (у злаков), уменьшение листовой поверхности и т. д. Эти же особенности строения растений одновременно обеспечивают им возможность уменьшения потерь воды. Таким образом, комплексное действие экологических факторов на организм находит отражение в комплексном характере адаптации.

Опасность низких температур для растений сводится к тому, что в межклетниках и клетках замерзает вода и, как следствие, происходит обезвоживание и механическое повреждение клеток, а затем коагуляция белков и разрушение цитоплазмы. Холод тормозит процессы роста растений, фотосинтеза, образования хлорофилла, снижает энергетическую эффективность дыхания, резко замедляет скорость развития.

Для перенесения неблагоприятных условий холодного периода года растения готовятся заранее: у них опадают листья, а у травянистых форм - надземные органы, происходит опушение почечных чешуи, зимнее засмоление почек (у хвойных), образование толстой кутикулы, утолщенного пробкового слоя и т. д.

Среди морфологических адаптации растений к жизни в холодных широтах важное значение имеют небольшие размеры (карликовость) и особые формы роста. Высота карликовых растений (карликовая береза, карликовые ивы и др.) обычно соответствует глубине снежного покрова, под которым зимуют растения, так как все части, выступающие над снегом, гибнут от замерзания. Подобная защита от холода характерна и для стелющихся форм - стлаников (кедрового стланика, можжевельника, рябины и др.) и подушковидных форм, образуемых в результате усиленного ветвления и крайне замедленного роста побегов.

Примером физиологической адаптации растений, препятствующей замерзанию воды в межклетниках и клетках, их обезвоживанию и механическому повреждению, служит повышение концентрации растворимых углеводов в клеточном соке, что способствует понижению точки замерзания.

Температурная адаптация животных. По сравнению с растениями животные обладают более разнообразными возможностями адаптации к воздействию различных температур. Обычно выделяют три основных пути температурных адаптации: 1) химическая терморегуляция (усиленное образование тепла в ответ на понижение температуры среды); 2) физическая терморегуляция (изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток); 3) поведенческая терморегуляция (избегание неблагоприятных температур путем перемещений в пространстве или изменение поведения более сложным образом).

Пойкилотермные животные, в отличие от гомойотермных, характеризуются более низким уровнем обмена веществ даже при одинаковой температуре тела. Например, пустынная игуана при температуре +37°С потребляет кислорода в 7 раз меньше, чем грызуны такой же массы. По этой причине в теле иойкилотермных животных вырабатывается мало тепла, и, как следствие, возможности химической и физической терморегуляции ничтожны. Основным способом регуляции температуры тела у них являются особенности поведения - перемена позы, активный поиск благоприятных климатических условий, смена мест обитания, самостоятельное создание нужного микроклимата (сооружение гнезд, рытье нор и т.

Измерение температуры тела у животных

п.). Например, в сильную жару животные прячутся в тень, скрываются в норах, а некоторые виды пустынных ящериц и змей взбираются на кусты, избегая соприкосновения с раскаленной поверхностью почвы.

Некоторые пойкилотермные животные способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет работы мышц. Так, шмели разогревают тело путем активизации мышечных сокращений (дрожью) до +32 и 33°С, что дает им возможность взлетать и кормиться в прохладную погоду.

Гомойотермия развилась из пойкилотермии путем интенсификации обменных процессов и усовершенствования способов регуляции теплообмена животных с окружающей средой. Эффективная регуляция поступления и отдачи тепла позволяет взрослым гомойотермным животным поддерживать постоянную оптимальную температуру тела во все времена года.

Благодаря высокой интенсивности обмена веществ и выработке значительного количества тепла гомойотермные животные отличаются высокой способностью к химической терморегуляции, что особенно важно при действии холода. Однако поддержание температуры за счет возрастания теплопродукции требует большого расхода энергии, поэтому животные в холодный период года нуждаются в большом количестве пищи или тратят много жировых запасов, накопленных ранее. Например, птицам, остающимся зимовать, страшны не столько морозы, сколько бескормица. В случае хорошего урожая семян ели и сосны клесты зимой даже выводят птенцов. Но при недостатке корма в зимний период такой тип терморегуляции экологически невыгоден, поэтому слабо развит у песцов, моржей, тюленей, белых медведей и других животных, обитающих за полярным кругом.

Физическая терморегуляция, обеспечивающая адаптацию к холоду не за счет дополнительной выработки тепла, а за счет сохранения его в теле животного, осуществляется путем рефлекторного сужения и расширения кровеносных сосудов кожи, меняющих ее теплопроводность, изменения теплоизолирующих свойств меха и перьевого покрова, регуляции испарительной теплоотдачи.

Густой мех млекопитающих, перьевой покров птиц позволяют сохранять вокруг тела прослойку воздуха с температурой, близкой к температуре тела животного, и тем самым уменьшать теплоотдачу во внешнюю среду. У обитателей холодного климата хорошо развит слой подкожной жировой клетчатки, который равномерно распределен по всему телу и является хорошим теплоизолятором.

Эффективным механизмом регуляции теплообмена служит также испарение воды путем потоотделения или через влажные оболочки полости рта (например, у собак). Так, человек при сильной жаре может выделять более 10 л пота в день, способствуя тем самым охлаждению тела.

Поведенческие способы регуляции теплообмена у гомойотермных животных такие же, как и у пойкилотермных.

Таким образом, сочетание эффективных способов химической, физической и поведенческой терморегуляции позволяет теплокровным животным поддерживать свой тепловой баланс на фоне широких колебаний температуры среды.

⇐ Предыдущая12345678

Температура среды обитания человека

Некоторые народы живут в весьма экстремальных условиях и необычных местах, не совсем удобных для жизни. Например, одни их самых холодных населенных пунктов - поселок Оймякон и город Верхноянск в Якутии, Россия. Температура зимой тут в среднем

составляет минус 45 градусов Цельсия.

Самый холодный более крупный город тоже находится в Сибири - Якутск с населением около 270 тысяч человек. Температура зимой там составляется также около минус 45 градусов, а вот летом может подниматься до 30 градусов!

Самая высокая среднегодовая температура была замечена в оставленном городе Даллол, Эфиопия. В 1960-х годах тут зафиксировали средний показатель температуры + 34 С0 . Среди крупных городов самым жарким считается город Бангкок, столица Таиланда, где средняя температура составляет в марте-мае также около 34 градусов.

Самая экстремально высокая температура, где работают люди, замечена в золотых шахтах Южной Африке. Температура на уровне около 3 километров под землей оставляет плюс 65 градусов Цельсия. Предпринимаются меры для охлаждения шахт, например, используют лед или изолирующие покрытия для стен, чтобы шахтеры могли работать без перегревания.

Значение температуры состоит, прежде всего, в непосредственном ее влиянии на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах. Биологические свойства живых организмов, их клеток и клеточных структур, а также белков предопределяют возможность их жизнедеятельности в интервале температур от 0 до 50°С, однако общий температурный диапазон активной жизни на планете значительно шире и ограничивается следующими пределами (табл. 2).

Таблица 2. Температурный диапазон активной жизни на планете, С0

Жизнедеятельность большинства организмов, их активность зависит главным образом, от тепла, поступающего извне, а температура тела -- от значений температуры окружающей среды и энергетического баланса (соотношения поглощения и отдачи лучистой энергии).

Для каждого организма или группы особей существует оптимальная зона температуры, в пределах которой деятельность выражена особенно хорошо.

Температурный фактор на большой территории Земли

Температурный фактор на большой территории Земли подвержен резко выраженным суточным и сезонным колебаниям, что в свою очередь обусловливает соответствующий ритм биологических явлений в природе. В зависимости от обеспеченности тепловой энергией симметричных участков обоих полушарий земного шара, начиная от экватора, различают следующие климатические зоны:

1. Тропическая зона. Минимальная среднегодовая температура превышает 16 °С, в самые прохладные дни не опускается ниже 0°С. Колебания температуры во времени незначительны, амплитуда не превышает 5 °. Вегетация круглогодичная.

2. Субтропическая зона. Средняя температура самого холодного месяца не ниже 4 °С, а самого теплого -- выше 20 °С. Минусовые температуры редки. Устойчивый снежный покров зимой отсутствует. Вегетационный период продолжается. 9--11 мес.

3. Умеренная зона. Хорошо выражены летний вегетационный сезон и зимний период покоя растений. В основной части зоны устойчивый снежный покров. Весной и осенью типичны заморозки. Иногда эта зона подразделяется на две: умеренно теплую и умеренно холодную, для которых характерно четыре времени года.

4. Холодная зона. Среднегодовая температура ниже 0 °С, заморозки возможны даже в течение короткого (2--3 мес.) вегетационного периода. Очень велико годовое колебание температуры.

Закономерность вертикального размещения растительности, почв, животного мира в горных районах обусловлена главным образом также температурным фактором. В горах Кавказа, Индии, Африки можно выделить четыре-пять растительных поясов, последовательность которых снизу вверх отвечает последовательности широтных зон от экватора к полюсу на одной и той же высоте.

ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Институт заочного образования и повышения квалификации

Кафедра прогрессивных технологий в сельскохозяйственном производстве

По дисциплине: «Экология»

Тема: «Температура и ее роль в жизни организмов»

Студентки заочного отделения

Шелеметьевой Екатерины Ивановны

Новосибирск 2014 г.

Введение

1. Среда обитания

2. Факторы среды обитания

3. Закономерности экологических факторов

4. Температура

5. Температурные адаптации

5.1 Температурные адаптации у растений

5.2 Температурные адаптации животных

6. Основные пути температурных адаптаций

Список используемой литературы

Введение

Организмы, живущие на Земле, очень разнообразны и образуют целые царства и подцарства, которые включают растения, животных, грибы, бактерии, простейших, архебактерии, цианобактерии.

Все эти организмы живут в разных условиях, занимают строго определенное жизненное пространство. Каждый из них для своего нормального развития и размножения требует определенных условий окружающей среды.

Взаимоотношения между организмами и окружающей средой, действие среды обитания на строение, жизнедеятельность, и поведение организмов, зависимость между состоянием среды обитания и благополучием популяций и т.д. изучает наука экология.

Экология - это наука, изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) между собой и с окружающей средой их неорганической природой, общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня, среду обитания живых существ (включая человека).

В моем реферате мы рассмотрим, что же такое среда обитания и какую роль играет температура в жизни организмов.

1. Среда обитания

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

Среда - это физические свойства пространства, окружающего растение, животного или человека, то есть температура, освещенность, давление, уровень радиации, подвижность частиц.

Первой средой, в которой возникла и распространилась жизнь, была водная среда. Постепенно живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и населили почву, специфической средой жизни стали сами живые организмы.

В среде обитания всегда есть очень важные элементы, от которых зависит возможность существования организма и есть компоненты среды, для данного организма безразличные.

Поэтому, кроме понятия «среда обитания», в экологии сложились понятия о факторах среды и условиях существования организмов.

2. Факторы среды обитания

Элементы среды обитания, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ, определяют как экологические факторы.

Условно все факторы делят на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.

Абиотические факторы - все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы. Это температура, свет, давление, влажность и т.д.

В рамках темы мы рассмотрим только абиотические факторы, а конкретнее температуру и ее роль в жизни организмов.

Температура очень изменчивый в пространстве и времени экологический фактор. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана и в глубине пещер.

В характере воздействия экологических факторов на организмы и в их ответных реакциях можно выделить определенные закономерности.

3. Закономерности экологических факторов

Первая закономерность - закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Границы благоприятного воздействия на организм называются законом оптимума.

Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование не возможно.

Схема действия факторов среды на живые организмы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 -Схема действия факторов среды на живые организмы

У каждого вида организмов свои пределы выносливости и оптимальные значения действия факторов среды. Так, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха около 80°С (от +30 до -50°С)

Вторая закономерность - неоднозначность действия фактора на разные функции организма. Один и тот же фактор оказывает различное влияние на функции организма.

Так, температура воздуха от +40 до +50°С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов, но тормозит двигательную активность и животные впадают в тепловое оцепенение (анабиоз). Бурый медведь спит при одной температуре, а для активных действий, поиска пищи, размножения ему нужна другая температура.

Третья закономерность - воздействие факторов на организм. Факторы окружающей среды действуют не каждый в отдельности, а взаимно (табл.1). Взаимодействие заключается в том, что изменение интенсивности одного из них может сузить предел выносливости к другому фактору или, наоборот, увеличить его.

Например, оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи. Сильный мороз без ветра переносится легче, а в ветреную погоду при сильном морозе велика вероятность обморожения.

Таблица 1 - Взаимодействие факторов

Температура, °СВлажность,%Движение воздуха, м/с17,7 22,4 25100 70 200,0 0,5 2,5

Ощущения организмов одинаковы при разной комбинации трех факторов.

Четвертая закономерность - правило ограничивающего фактора. Если действие фактора выходит за критические точки - пределы выносливости, то существование вида становится невозможным. Например, недостаток тепла препятствует распространению некоторых видов плодовых растений на север (персик, грецкий орех).

Согласно теории Ч.Дарвина все организмы изменчивы и способны к адаптации.

Адаптация - это системы регулирования обменных процессов и физиологических особенностей, обеспечивающих максимальную приспособленность организмов к условиям окружающей среды.

4. Температура

Температуры - это границы существования жизни. В среднем они составляют от 0°С до +50°С. Однако некоторые виды приспособлены к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.

Виды, предпочитающие холод (криофилы) сохраняют активность до -10°С. Переохлаждение способны выносить бактерии, грибы, лишайники, мхи, членистоногие. Деревья и растения также преодолевают переохлаждение.

Существует группа организмов, предпочитающих высокие температуры - термофилы. Это черви, насекомые, клещи, обитающие в пустынях, бактерии. Латентные организмы (споры некоторых бактерий, семена растений и т.д.) могут выдержать перегревание до 180°С.

абиотический температура адаптация животный

5. Температурные адаптации

1 Температурные адаптации у растений

Растения неподвижные организмы, поэтому вынуждены приспосабливаться к температурным колебаниям. Они обладают специальными системами, предохраняющими от переохлаждения или перегрева. Например, транспирация - система испарения воды растениями через устьичный аппарат. Некоторые растения приобрели даже устойчивость к пожарам - их называют пирофитами. Так, у деревьев саванн толстая кора, пропитанная огнеупорными веществами.

5.2 Температурные адаптации животных

Животные обладают большей способностью приспосабливаться к изменению температуры, по сравнению с растениями. Они способны передвигаться, обладают собственной мускулатурой и производят собственное тепло.

В зависимости от механизмов поддержания постоянной температуры тела различают:

-пойкилотермных (холоднокровных) животных;

-гомойотермных (теплокровных) животных.

Холоднокровные - это насекомые, рыбы, пресмыкающиеся и земноводные. Их температура тела меняется вместе с температурой окружающей среды.

Теплокровные - животные с постоянной температурой тела, способные ее поддерживать даже при сильных колебаниях наружной температуры. Это млекопитающие и птицы.

6. Основные пути температурных адаптаций

Для того чтобы жить и размножаться в определенных условиях окружающей среды, у животных и растений в процессе эволюции выработались самые разнообразные приспособления и системы соответствия этой среде обитания.

Существуют следующие пути температурных адаптаций:

-химическая терморегуляция - увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды;

-физическая терморегуляция - способность удерживать тепло благодаря волосяному и перьевому покровам, распределению жировых запасов, возможности испарительной теплоотдачи и т.д.

-поведенческая терморегуляция - способность перемещаться из мест крайних температур в места оптимальных температур. Это основной путь терморегуляции у пойкилотермных животных. При повышении температуры они стремятся изменить позу или спрятаться в тень, в нору. Пчелы, термиты и муравьи строят гнезда с хорошо регулируемой температурой внутри них.

Для иллюстрации совершенства терморегуляции у высших животных и человека можно привести такой пример. Около 200 лет назад доктор Ч. Блэгден в Англии поставил такой опыт: он вместе с друзьями и собакой провел 45 мин. в сухой камере при +126 °C без последствий для здоровья. Любители финской бани знают, что можно проводить в сауне с температурой более +100 °C некоторое время (для каждого - свое), и это полезно для здоровья. Но мы также знаем, что, если держать при такой температуре кусок мяса, он сварится.

При действии холода у теплокровных усиливаются окислительные процессы, особенно в мышцах. Вступает в действие химическая терморегуляция. Отмечается мышечная дрожь, приводящая к выделению дополнительного тепла. Особенно усиливается обмен липидов, так как в жирах содержится значительный запас химической энергии. Поэтому накопление жировых запасов обеспечивает лучшую терморегуляцию.

Усиленное производство теплопродукции сопровождается потреблением большого количества пищи. Так, птицам, остающимся на зиму, нужно много корма, им страшны не морозы, а бескормица. При хорошем урожае ели и сосны клесты, например, даже зимой выводят птенцов. У людей - жителей суровых сибирских или северных районов - из поколения в поколение вырабатывалось высококалорийное меню - традиционные пельмени и другая калорийная пища. Поэтому, прежде чем следовать модным западным диетам и отвергать пищу предков, нужно вспомнить о существующей в природе целесообразности, лежащей в основе многолетних традиций людей.

Эффективным механизмом регуляции теплообмена у животных, как и у растений, является испарение воды путем потоотделения или через слизистые оболочки рта и верхних дыхательных путей. Это пример физической терморегуляции. Человек при сильной жаре может выделить до 12 литров пота в день, рассеивая при этом тепла в 10 раз больше нормы. Выделяемая вода частично должна возвращаться через питье.

Теплокровным животным, так же как и холоднокровным, свойственна поведенческая терморегуляция. В норах животных, живущих под землей, колебания температур тем меньше, чем глубже нора. В искусно построенных гнездах пчел поддерживается ровный, благоприятный микроклимат.

Особый интерес представляет групповое поведение животных. Например, пингвины в сильный мороз и буран образуют «черепаху» - плотную кучу. Те, кто оказался с краю, постепенно пробираются внутрь, где поддерживается температура около +37 °C. Там же, внутри, помещаются и детеныши.

Таким образом, среда обитания - одно из ключевых понятий экологии. При оценке влияния факторов среды на живые организмы важным оказывается интенсивность их действия: в благоприятных условиях говорят об оптимальном, а при избытке или недостатке - ограничивающем действии факторов среды (пределы выносливости).

В ходе эволюции и при воздействии меняющихся факторов среды живая природа достигла большого разнообразия. Но процесс не прекратился: меняются природные условия, организмы приспосабливаются к изменившимся условиям окружающей среды и вырабатывают системы адаптации для обеспечения чрезвычайной приспособленности к условиям обитания. Эта способность организмов адаптироваться к изменению среды является важнейшим экологическим свойством, обеспечивающим соответствие между существами и средой их обитания.

Список используемой литературы

Учебная литература

Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Границы температуры для живых существ. Экология Температура среды обитания

ТЕМПЕРАТУРА

Измерение температуры тела у животных

Температура среды обитания человека

Температурный фактор на большой территории Земли