Температура, как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойотермные животные. Температурные адаптации растений и животных
Температура влияет на все жизненно важные процессы и прежде всего на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах. У большинства организмов процессы жизнедеятельности протекают при температурах от -4 оС до +40-45 оС, а оптимум температурного фактора составляет 15-30 оС. Однако некоторые живые организмы выдерживают её значительные колебания от +50-60 оС в пустынях до -70-80 оС в Антарктиде. Отдельные виды бактерий и цианей могут существовать в горячих источниках при температуре около +80 оС. Полярные воды с температурой от 0 до -2 оС населены разнообразными представителями животного и растительного мира: беспозвоночными, рыбами, водорослями. Наиболее стабильные температурные условия сохраняются в океане, а наиболее изменчивые характерны для наземно-воздушной среды.
Температура различных сред жизни зависит от потока солнечной радиации и подвержена сезонным и суточным колебаниям в разных частях Земли. Некоторые насекомые переносят понижение температуры до -20,-45 оС; лиственница, образующая леса в районе г. Верхоянска выдерживает от -50 до -70 оС. Различают организмы с непостоянной температурой тела – пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела – гомойотермные. Жизнедеятельность пойкилотермных организмов (микроорганизмы, растения, беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся) зависит в значительной степени от значений температуры окружающей среды. Её повышение за определенных пределов вызывает у них интенсификацию жизненных процессов и ускорение развития. У гомойотермных животных (птицы, млекопитающие) теплота вырабатывается как продукт биохимических реакций, служит источником повышения температуры их тела и стабилизации её на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Важную роль в интенсификации обменных процессов у гомойотермных организмов сыграли такие ароморфозы как:
- четырехкамерное сердце;
- полная изоляция артериальной и венозной крови;
- совершенные органы дыхания – легкие.
Поддержание и сохранение высокой температуры тела у теплокровных животных осуществляется благодаря:
- интенсивному обмену веществ;
- совершенным механизмам теплорегуляции:
1) химическая терморегуляция (усиление образования тепла при снижении температуры и ослабление при её повышении);
2) физическая терморегуляция (изменение уровня теплоотдачи – при повышенных температурах теплоотдача увеличивается, а при низких – уменьшается);
3) поведенческая терморегуляция (перемещение в более благоприятные условия – перелеты птиц, зимовка в берлоге).
- хорошей тепловой изоляции, создаваемой густым волосяным покровом, оперением или слоем подкожного жира.
Приспособлениями растительных и животных организмов к температурным колебаниям стали: миграции, оцепенение, анабиоз и др.
Миграция – переселение в более благоприятные условия (перелеты птиц, миграции рыб, насекомых и др.).
Оцепенение – состояние животного, характеризующееся прекращением питания, снижением всех физиологических функций. Некоторые насекомые, рыбы, земноводные впадают в оцепенение при температурах ниже +10 оС, а другие - только при температуре близкой к нулю. Вмерзшие в лед лягушки после оттаивания возвращаются к активной жизнедеятельности.
Зимняя спячка – состояние у животных, характеризующееся пониженным уровнем обмена веществ. Поддерживается такое состояние за счет запасов энергии (жира), накопленных ранее.
В спячку при понижении температуры могут впадать млекопитающие – медведи, барсуки, ежи. Пустынные грызуны, черепахи и другие животные впадают в спячку на несколько летних месяцев, что обусловлено в основном нехваткой воды.
Холодостойкость многих низших организмов обусловлена способностью клеток накапливать вещества с криопротекторными (холодозащитными) свойствами: солей, глицерина, сахарозы и др. и снижением в них количества воды В жаркое время года включаются физиологические механизмы, препятствующие перегреву: у растений усиливается транспирация с поверхности листьев; у животных также усиливается испарение воды через кожные покровы и дыхательную систему.
Многие растения и животные при постепенной подготовке успешно переносят предельно низкие температуры в состоянии глубоко покоя или анабиоза. Анабиоз – такое состояние живых организмов, при котором все жизненные процессы почти прекращены или настолько снижены, что видимые проявления жизни отсутствуют. В таком состоянии повышается устойчивость (резистентность) организмов к ряду неблагоприятных факторов: недостатку кислорода, влаги (большинство бактерий, протистов, низших ракообразных), действию ядовитых веществ и ионизирующих излучений и др.
У растений в процессе эволюции сформировались следующие приспособления:
а) к высоким температурам:
- усиленная транспирация;
- блестящая поверхность и густое опушение листьев;
- вертикальное положение листьев;
- уменьшение поверхности листьев;
б) к низким температурам:
- листопад;
- отмирание наземных частей;
- утолщение пробкового слоя;
- высокая концентрация углеводов и других органических веществ в цитоплазме клеток;
- способность связывать значительное количество воды.