Особенности теплообмена у животных

В отличие от растений, животные производят гораздо больше собственного тепла и обладают более разнообразными возможностями регулировать температуру собственного тела.

В зависимости от вида теплообмена различают два типа животных: пойкилотермный и гомойотермный.

Пойкилотермные (греч. poikilos — «разнообразный») животные не имеют постоянной температуры тела, механизмы терморегуляции не развиты.

К ним относятся беспозвоночные, рыбы, амфибии, рептилии, температура тела которых изменяется с изменением температуры окружающей среды. Пойкилотермным животным сложно противостоять как избытку тепла, так и его недостатку. С понижением температуры они впадают в оцепенение и в таком неактивном состоянии обладают высокой холодоустойчивостью, которая обеспечивается в основном биохимическими адаптациями.

Гомойотермные (греч. homoios — «одинаковый») животные имеют развитые механизмы химической и физической терморегуляции, обеспечивающие относительно постоянную температуру тела.

К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие.

Гетеротермные животные. Правила К. Бергмана и Д. Аллена

Промежуточное положение между пойкилотермными и гомойотермными занимают гетеротермные животные. У них в активном состоянии поддерживается относительно высокая и постоянная температура тела, а в неактивном — температура тела мало отличается от температуры окружающей среды. У этих животных во время спячки, или глубокого сна, уровень обмена веществ падает и температура тела лишь незначительно превышает температуру среды. К гетеротермным животным относятся колибри, летучие мыши, ежи, суслики, утконосы, ехидны и др.

У животных есть определённые морфологические адаптации, направленные на защиту организмов от неблагоприятного воздействия температур. Известные адаптации получили название правил. Согласно правилу немецкого зоолога Карла Бергмана (1847), в пределах вида или достаточно однородной группы близких видов гомойотермные организмы с более крупными размерами тела распространены в более холодных областях. Существует определённая закономерность, известная как правило поверхности Рубнера.

Правило поверхности Рубнера: при увеличении размеров тела его относительная поверхность уменьшается, что снижает теплопотери.

Этим объясняется наблюдаемое у широко распространённых видов гомойотермных животных увеличение размеров северных подвидов по сравнению с южными. Например, масса бурых медведей в Закавказье достигает 150 кг, а на о. Кадьяк (Аляска) — до 800 — 1000 кг. Волк в Кызыл-Кумах имеет массу до 40 кг, а полярный волк — до 78 — 80 кг. Обыкновенная лисица в Туркмении весит до 3,2 кг, а на севере — до 14 кг.

Температура среды оказывает и существенное формообразующее влияние на животных. Американский зоолог Джоэл Аллен (1877) установил, что у многих птиц и млекопитающих, обитающих в холодных зонах Северного полушария, относительные размеры выступающих частей тела (конечностей, хвостов, клювов, мордочек, ушей) уменьшаются. Таким образом снижаются возможные теплопотери. Удлинение же выступающих частей тела увеличивает общую поверхность тела, а следовательно, и его теплоотдачу. На юге встречается ушастый ёж, отличающийся от обыкновенного ежа большими ушами.

Вода в жизни организмов.

Вода физиологически необходима любой протоплазме и с экологической точки зрения является лимитирующим фактором как в наземных, так и в водных местообитаниях, если там ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмом в сильно соленой воде осмотическим путем.
В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется величиной количества осадков, влажности, иссушающими свойствами воздуха и доступной площадью водного запаса.

количество атмосферных осадков

Количество атмосферных осадков обусловлено физико-географическими условиями и неравномерно распределено на земном шаре .

Но для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве годовых осадков их неравномерное распределение может привести к гибели растений от засухи или, наоборот, от переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезон. Распределение годичного количества осадков . . по земному шару
ную активность при постоянной полти круглый год температуре.
Адаптированные к условиям пустыни растения содержат ингибитор прорастания, который вымывается лишь при определенном количестве осадков, достаточном для вегетации (например, 10 мм) и тогда только прорастает. Начинается кратковременное «цветение пустыни» (обычно весной).

Влажность воздушной среды

Влажность воздушной среды измеряется обычно в показателях относительной влажности, т. е. в виде процента реального давления водяного пара от давления насыщенного пара при той же температуре. Отсюда способность влажности изменять эффекты температуры: понижение влажности по сравнению с некоторым пределом при данной температуре ведет к иссушающему действию воздуха.

Иссушающее действие воздуха

Иссушающее действие воздуха наиболее важное экологическое значение имеет для растений. Подавляющее большинство растений всасывает воду корневой системой из почвы. Иссушение почвы затрудняет всасывание. Адаптация растений к этим условиям — увеличение всасывающей силы и активной поверхности корней. Величина этой силы у корней умеренной зоны от 2 до 4106Па, а у растений сухих областей — до 6-106 Па. Как только выбрана доступная.вода в данном объеме, корни растут Далее вглубь и в стороны и корневая система может достигнуть, например, у злаков длины 13 км на 1000 см3

Вода расходуется на фотосинтез, всего около 0,5% всасывается клетками, а 97—99% ее уходит на транспирацию — испарение через листья. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации, а ее эффективность будет наивысшей. Эффективность транспирации — это отношение прироста вещества {чистой продукции) к количеству транспирированной воды. Измеряется в граммах сухого вещества на 1000 см3 воды. Для большинства растений она равна двум, т. е. на получение каждого грамма живого вещества тратится 500 г воды, даже для большинства засухоустойчивых. Основная форма адаптации Щ не снижение транспирации, а прекращение роста в период засухи.
В нижних ярусах тропических дождевых лесов, где 100%-ная относительная влажность, есть растения с приспособлениями для потери воды, а в пустынях у некоторых растений водный баланс не нарушается даже в период непродолжительной засухи, и т. д. В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп, например: гигрофиты — наземные растения, живущие в очень влажных почвах и в условиях повышенной влажности (рис, папирус); мезофиты —переносят незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав, большинство культурных растений и др.); ксерофиты — растения сухих степей и пустынь, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях — суккуленты (алоэ, кактусы и др.), а также обладающие большой всасывающей силой корней и способные снижать транспирацию с узкими мелкими листьями — склерофиты;
Среди суккулентов наблюдается явление конвергенции — растения, относящиеся к разным видам, имеют практически одинаковую форму: у африканского молочая и кактуса шарообразная форма (рис. 2.6); обеспечивающая наименьшую поверхность испарения.

Доступный запас воды

Доступный запас воды, т. е. такой воды, которую способна поглощать корневая система растений, зависит прежде всего от количества осадков в данном районе и водопроницаемости поверхностных отложений. Даже при большом количестве осадков, высокая проницаемость песчаных и песчано-гравий-

ных отложений приведет к быстрой фильтрации воды в глубину, осушая почву.
В случае, если естественный источник не обеспечивает достаточный запас доступной влаги, прибегают к искусственным способам его пополнения — орошению с помощью устройства ирригационных систем.

У животных по отношению к воде выделяются свои экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые) иксерофилы (сухолюбивые), а также промежуточная группа —мезофилы. Способы регуляции водного баланса у них поведенческие, морфологические и физиологические.
К поведенческим способам относятся перемещение в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни и др. К морфологическим адоптациям —-приспособления, задерживающие воду в теле:раковины наземных улиток, роговые покровы у рептилий, и др. Физиологические приспособления направлены на образование метаболической воды, являющейся результатом обмена веществ и позволяющей обходиться без питьевой воды. Она широко используется насекомыми и часто такими животными, как верблюд, овца, собака, которые могут выдержать потерю воды в количестве, соответственно, 27, 23 и 17%. Человек погибает уже при 10%-ной потере воды. Пойкилотермные животные более выносливы, так как им не приходится использовать воду на охлаждение, как теплокровным.