Головна
ГоловнаЕкологіяЗагальна екологія → 
« Попередня Наступна »
Легушс Е.Ф.. Лекції з екології / Уфа: УГАТУ, кафедра Безпеки виробництва та ПРОМЕКОЛОГІЯ. - 148 с., 2010 - перейти до змісту підручника

2. Вплив температури на живі організми

Температура в біосфері коливається від +50 ° С до -50 ° С.

Види, які віддають перевагу холод, відносяться до екологічної групи кріофіли. Вони можуть зберігати активність при температурі до -8, -10 ° С. Це бактерії, гриби, черви, молюски, риби та інші, що живуть в арктичній і антарктичної областях. Види, що живуть в області високих температур, відносяться до групи термофілів. Це мікроорганізми, нематоди, кліщі, личинки комах, що живуть в аридних областях, в гарячих джерелах, на схилах вулканів.

За правилом Вант-Гоффа підвищення температури веде до пропорційного зростання швидкості реакції для всіх хімічних реакцій. Але в живих організмах хімічні процеси йдуть за участю ферментів, активність яких залежить також від температури. Виникає складна, непропорційна залежність.

Величина температурного прискорення хімічних реакцій висловлюють коефіцієнтом <210, яка показує у скільки разів зростає швидкість реакції при підвищенні температури на 10 ° С:

(2ю = Кг + ю / К

де Кг - швидкість реакції при температурі 1;; Кг +10 - швидкість реакції при температурі +1 +10. <210 для більшості хімічних реакцій = 2-3. Для ферментних реакцій залежність нелінійна.

Температурний поріг життя (теоретично): верхній - температура згортання білка (60 ° С); нижній - температура замерзання води (0 ° С). При 0 ° С утворюються кристали льоду, які механічно ушкоджують тканини .

Зневоднення збільшує цей поріг (спори, насіння). У складних організмів теплова загибель настає при більш низьких температурах: 42 - 43 ° С, причиною є неузгодженість обмінних процесів, тому що <210 різний для різних реакцій в організмі. При слабкому охолодженні - виникає порушення діяльності серця, ритм скорочень змінюється. У нирках ссавців канальцевая реабсорбція загальмовується при температурі 20-23 ° С. Умовні рефлекси собаки згасають при температурі 30-27 ° С. Морозостійкі рослини витримують низькі температури , т. к. відбувається сезонна перебудова ультраструктури клітин, вони зневоднюються.

З принципових особливостей теплообміну розрізняють пойкілотермние і Гомойотермниє організми.

пойкілотермним (мінливий, мінливий) - холоднокровні , все, крім птахів і ссавців. Температура тіла нестійка, залежить від температури навколишнього середовища. Низький рівень метаболізму, головне джерело тепла - зовнішнє тепло.

При зміні температури змінюються також швидкість обмінних процесів. У рослин поглинання води корінням зменшується на 60-70% при зниженні температури від 20 до 0 ° С. У тварин і у рослин підвищення температури викликає посилення дихання. Від температури залежить тривалість розвитку. Для здійснення генетичної програми розвитку пойкілотермним організмам необхідно отримати ззовні певне оличество тепла. Це тепло вимірюється сумою ефективних температур.

Ефективними температурами називають температуру вище того мінімального значення, при якому процеси розвитку взагалі можливі; цю порогову величину називають біологічним нулем.

Насіння рослин володіють низьким порогом розвитку (0 - + 1 ° С), ікра щук 2-25 ° С.

Суму ефективних температур розраховують за формулою:

ХТеф = (Т- С)-п,

де Т - температура навколишнього середовища, С - температурний поріг розвитку, п - число годин або днів з температурою, що перевищує поріг розвитку.

Знання суми ефективних температур важливо для прогнозів врожаю, термінів вильоту шкідників і т. д. Наприклад, під Санкт-Петербургом, для зацвітання мати-й-мачухи? ТЕФ = 77 ° С, суниці - ХТеф = 500 ° С, жовтої акації-ХТеф = 700 ° С. Яблунева плодожерка в північній Україні при ХТеф = 930 ° С дає одне покоління, а на півдні, де ХТеф = 1870 ° С можливі дві-три генерації за літо.

За межами діапазону температур , при яких зберігається активна життєдіяльність, пойкілотерміческіе організми переходять у стан заціпеніння, знижується рівень обмінних процесів. У пасивному стані діапаузи вони можуть переносити сильне підвищення і пониження температури довго без патологічних наслідків.

Основою температурної толерантності є тканинна стійкість, ПО і сильне зневоднення.

Температурні адаптації рослин

Вищі рослини помірних поясів Еврітермние. Рослини дощових тропічних лісів і Кріофільні зелені і діатомові водорості в полярних льодах і на снігових полях високогір'я стенотермним. Рослини тропічних лісів гинуть при температурі +5 ... +8 ° С, а в сибірській тайзі витримують повне промерзання (- 50 ° С).

Основні шляхи адаптації до змін температур у рослин-фізіологічні, морфологічні перебудови.

За ступенем адаптації до холоду виділяють 3 групи:

1) нехолодостойкіе рослини - пошкоджуються і гинуть при температурах близьких до 0 ° С і вище. Це тропічні ліси, водорості теплих морів, некториє гриби.

2) неморозостійкі рослини - переносять низькі температури, але гинуть при утворенні льоду. Це субтропічні рослини.

3) льдо-або морозостійкі рослини - ростуть у місцях з холодними зимами.

Рослини підготовляються до холодної зими: зневоднення, накопичення криопротекторов - цукрів, амінокислот

та ін

За ступенем адаптації до високих температур :

1) нежаростойкіе - пошкоджуються при температурі +30 ° С. .. +40 ° С. Це еукаріотичні водорості, водні квіткові, наземні мезофіти.

2) Жаростойкие еукаріоти - рослини сухих середовищ з сильною інсоляцією (степів, пустель, саван), переносять нагрівання до +50 ° С до 30 хвилин.

3) жаровідпірної прокаріоти - термофільні бактерії і деякі синьо-зелені водорості, живуть у гарячих джерелах при температурі

+85. +90 ° С.

4) Пірофіти - стійкі до пожеж. Рослини саван, чапарраля, мають товсту шкірку, просочену вогнетривкими речовинами.

Загальна адаптація при підвищенні температури: охолодження при випаровуванні вологи - транспірація вологи через продихи, вертикальне розташування листя до сонця, очна відображає листова поверхня.

Температурні адаптації тварин

Цикл розвитку більшості наземних тварин помірного поясу пристосований до існування холодних зим. У цей час вони перебувають у неактивному стані. У першу чергу це відноситься до комах, чисельно переважаючим у фауні усіх континентів. Зимовий час вони перечікують, перебуваючи в нерухомому стані, зупинившись у розвитку, часто втративши багато води. Діапауза може наступати у різних видів на різних стадіях розвитку - яйця, личинки, лялечки і навіть на стадії дорослої фази. Аналогічні форми опору несприятливих умов властиві більшості безхребетних. Навіть риби і амфібії можуть проводити зиму в нерухомому стані, зарившись в мул. Подібні явища спостерігаються в умовах тропічного клімату, з тією лише різницею, що тварини проводять у стані уповільненого життя найспекотніший час року, яке зазвичай збігається і з найбільшою сухістю. Естівація, або літня сплячка, широко поширена серед комах і риб. Деякі з них через висихання природного середовища існування потрапляють як би в «пастку». Багато тропічні дощові черв'яки в суху пору року також впадають в естівацію. Висихання грунту для них не тільки несприятливо, але часто виявляється згубним.

Перехід у стан заціпеніння - адаптивна реакція: майже не функціонуючий організм не піддається пошкоджуючим впливом, що не витрачає енергію, що дозволяє вижити за несприятливих умов. При переході в стан заціпеніння в організмі відбуваються фізіологічні та біохімічні зміни поетапно, повільно.

Антарктичні риби чутливі до підвищення температури (гинуть при + 6 ° С), в тканинах накопичуються біологічний антифриз-глікопротеїди, які знижують температуру замерзання води в тканинах. У рослин накопичуються перед зимою цукру, АК, що зв'язують воду. Знижується в'язкість протоплазми і зміст Н2О. Це веде до зниження температури та замерзання рідини в клітинах.

У комах накопичується гліцерин в гемолімфі і тканинах, що знижує точку переохолодження до -27 ... -39 ° С. Кристалізація в клітинах починається лише при - 60 ° С.

Антифризи: гліцерин, моносахара, білки, глікоген (кріопротектори).

Зневоднення: зневоднення коловертки до - 190 ° С.

Терморегуляція: при зниженні температури: за рахунок м'язової активності (літаючі комахи, змія навколо кладки яєць, у бджіл - громадська регуляція - тріпотіння крилами, всі разом, у одиночних бджіл підвищення споживання О2. У тварин - часте дихання; черепахи - випаровування слини, якою вони змочують поверхню шкіри голови, передніх кінцівок, кроплення сечею кінець задніх кінцівок.

Адаптивна поведінка: вибір місця з найбільш сприятливим мікрокліматом і зміна позицій (з сонячних місць в тінь). Краб, проявляючи позитивний фототаксис, виходить на мілководді (вода прогріта сонцем), в жаркий час йде на глибину, ховається в норах. Ящірка заривається в пісок.

Гомойотермниє - це птахи і ссавці ( теплокровні).

Збереження внутрішнього сталості, температура тіла постійна при зміні температури навколишнього середовища. Притаманний теплової гомеостаз. Гомеостаз - це стан динамічної рівноваги організму з середовищем, при якому організм зберігає свої властивості і здатність до здійснення життєвих функцій на тлі мінливих зовнішніх умов. Високий рівень метаболізму: добовий метаболізм змії 32 Дж / кг, у бабака 120 Дж / кг, кролика 180 Дж / кг.

Значення зовнішнього обігріву невелика, живуть за рахунок внутрішнього тепла, що виділяється при екзотермічних біохімічних реакціях. Ендотермние організми. Для чоловіка середньої ваги і середнього зросту необхідно щодоби ~ 8000 кДж.

Температура тіла: у птахів 41 ° С, у гризунів 35-39 ° С, у копитних 35 - 39 ° С. Механізми терморегуляції:

1. Хімічна терморегуляція - тепло метаболічних реакцій. Активно виділяють тепло печінку і скелетні м'язи. Теплопродукция регулюється температурою навколишнього середовища та гормонами (тироксин підвищує швидкість метаболічних реакцій ).

2. терморегуляціонная тонус - під дією нервових імпульсів.

мікросокращенія фібрил - холодова тремтіння. Газообмін підвищується на 300 -400 ° С. Потирання рук, прітоптиваніе ногами , фізичні вправи підвищують швидкість метаболізму, підвищується температура тіла.

3. Окислення бурої жирової тканини (під шкірою, в області шиї, грудей). Важливо для тварин, що впадають в сплячку, після сну.

4. Фізична т / р - теплоізолюючі покриви (пір'я, волосся, підшкірний жир).

Механізми тепловіддачі: теплопровідність, конвекція, випромінювання, випаровування.

Тепловіддача залежить від Dt = toc -? тіла.

1. Випаровування вологи з поверхні тіла, потовиділення. Збільшується при підвищенні температури навколишнього середовища та підвищенні температури тіла. Тварини з вовняним покровом облизують тіло . Випаровування вологи з поверхні слизових оболонок рота, верхніх дихальних шляхів. Прискорене поверхневе дихання - поліпное. Собаки при спеці 300-400 подихів у хвилину при нормі 20-40 подихів у хвилину. Для птахів характерна горлова тремтіння - коливальні рухи нижньої сторони шиї (вентиляція дихальних шляхів).

2. Судинні реакції - розширення дрібних судин, розташованих близько до поверхні (тепловіддача в зовнішнє середовище підвищується), стиснення поверхневих і розширення глубоколежащих судин (консервація тепла в організмі). Велике значення мають ділянки дихальних шляхів з розвиненою мережею кровоносних судин - носових ходах ссавців. Вдихуваний повітря нагрівається, стінки носа охолоджуються, видих - зворотний процес (навпаки). У курок чубчик - область судинної терморегуляції (температура чубка нижча, Var). Потовиділення - результат підвищення температури всередині тіла. Якщо випити холодної води, охолодити сонні артерії, потовиділення знижується. Оскільки із сонних артерій кров потрапляє в гіпоталамус, то це вказує на його важливу роль у терморегуляції. В гіпоталамус інформація про температуру навколишнього середовища стікається з холодових і теплових рецепторів на шкірі. Шкірні рецептори - це детектори зовнішнього збурення. Рецептори генерують імпульси, частина йде в гіпоталамус, частина - в кору головного мозку. При деяких захворюваннях температура тіла підвищується, тому що термостат виявляється налаштований на більш високу температуру. Цю настройку викликають пірогени (наприклад, токсини мікробів, речовини, що виділяються нейтрофілами крові). Підвищення температури стимулює захисні реакції організму, сприяє руйнуванню патогенних факторів. Аспірин знижує задане значення температури, знімає симптоми гарячкового стану, але при цьому сповільнюються захисні реакції.

Пристосувальна реакція - вибір оптимального місця, тісні групові скупчення. Ночівля, зимівля під снігом. Спорудження гнізд, нір.

Поправна гіпотермія - сплячка (нерегулярне заціпеніння, добове і сезонне). Естівація - літня сплячка.

Адаптація до екстремальних кліматичних умов.

Правило Бергмана: В межах виду або досить однорідної групи близьких видів тварини з більш великим розміром тіла зустрічаються в більш холодних областях. Тобто , тварини, що живуть в холодних областях (кити, полярні ведмеді) мають великі розміри, а в жарких країнах - дрібні. Винятки: дрібні арктичні тварини відрізняються великим апетитом, невеликі кінцівки, впадають в сплячку, а великі тварини жарких країн (слони, бегемоти; слони мають великі вуха, ляскаючи ними, підвищують тепловіддачу. Бегемот переміщається з суші у воду і навпаки. Це правило узгоджується з простим термодинамічним міркуванням. Поверхня тіла тварини пропорційна квадрату його розміру, тоді як обсяг пропорційний кубу розміру. Втрата тепла пропорційна поверхні тіла і, отже, тим вище, чим більше відношення поверхні тіла до його об'єму, тобто чим менше тіло тварини. Чим крупніше тварина і чим компактніше форма його тіла, тим легше йому підтримувати постійну температуру; чим дрібніше тварина, тим вище рівень його основного обміну . Часто як приклад наводять пінгвінів, що мешкають в південній півкулі. Найбільш великий з них - королівський пінгвін - гніздиться на материку Антарктида, а живе в прибережних районах; найдрібніший - галопагосскій пінгвін живе на екваторі. Фактично, однак, не всі види пінгвінів при парному порівнянні підтверджують це правило. Так, середній розмір особин в популяціях тупика Fratercula? rctica, оцінений, як це всього зручніше, по довжині крильця, поступово скорочується в напрямку з півночі на південь - від 18,5 см на о.Шпіцберген до 14 см на о.Майорка.

 Правило Аллена: у видів, що живуть в холодному кліматі, придатки (вуха, ніс) менше, ніж у родичів з теплих місць. Це правило є окремим випадком попереднього. Придатки тіла (вуха, хвости, лапи) тим коротше, а тіло масивніше, ніж холодніше клімат. Хорошим прикладом може служити лисиця: феньок Сахари має довгі кінцівки і величезні вуха; лисиця європейських країн приземистіші, а її вуха набагато коротше; у песця, що живе в Арктиці, дуже маленькі вуха і коротка морда. 

 « Попередня  Наступна »
 = Перейти до змісту підручника =
 Інформація, релевантна "2. Вплив температури на живі організми"
  1.  ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ СЕРЕДОВИЩА ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ.
      впливом бактерій або зміна мікроклімату в лісі. Взаємні зв'язки між окремими видами організмів лежать в основі існування популяцій, біоценозів і біосфери в цілому. Раніше до біотичних факторів відносили і вплив людини на живі організми, проте в даний час виділяють особливу категорію чинників, породжуваних людиною. Антропогенні фактори - це все
  2.  ЛЕКЦІЯ № 5 Фактори навколишнього середовища і живі організми. Адаптація до середовища проживання
      живі організми. Адаптація до середовища
  3.  1. Екологічна система. Біогеоценоз
      температура (щоб не скручувався білок і працювали ферменти). 4. прожитковий мінімум мінеральних речовин. Океан: на глибині 10 919 м (Маріїнська западина), атмосфера - на висоті 77 км - є життя (білоголовий сиб зіткнувся з літаком на висоті 12,5 км). Життя - в Антарктиці в льодах (420). Биотический компонент авт ^ Грофи ^ Тетеротрофи (фото-і хемотрофи) абіотичних компонент /
  4.  ЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА f ЗАЛЕЖНО ВІД ВИСОТИ ДЖЕРЕЛА ЗАБРУДНЕННЯ різниці температур в гирлі ДЖЕРЕЛА І НАВКОЛИШНЬОГО АТМОСФЕРИ НА РІВНІ гирла (U = 3 м / с)
      Температура в гирлі джерела, 0С Висота джерела, м 0 10 20 50 100 150 200 300 400 0 10 4,08 0,91 3,78 0,83 3,54 0,67 3,02 0,50 2,50 0, 40 2,18 0,33 1,96 0,25 1,67 0,20 1,47 25 1,00 4,08 0,88 3,69 0,79 3,40 0,60 2,81 0,43 2,28 0,33 1,96 0,27 1,75 0,20 1,48 0,16 1,30 50 1,00 4,08 0,86 3,61 0,75 3,27 0,25 2 , 64 0,38 2,10 0,29 1,79 0,23 1,59 0,17 1,34 0,13 1,17 75 1,00 4,08 0,83 3,54 0,71 3, 16 0,50
  5.  СЕРЕДОВИЩА ІСНУВАННЯ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ЖИВІ ОРГАНІЗМИ
      впливу, ніж на тварин, тому що вони не рухливі. Пшениця зберігає здатність до виживання від 0 і до + 42С; гарбуз від +14 до +46 С; водорості червоного снігу від -30 до +4 С; водорості гарячих джерел від +70 до +90 С. У процесі еволюції виробляються адаптації: - процес транспірації, який йде з поглинанням Q і охороняє організм від опіків - не поглинання хлорофілом
  6.  Закон сталого нерівноваги
      живі і тільки живі системи ніколи не бувають у рівновазі і виконують за рахунок вільної енергії постійну роботу проти одно-весия, необхідного законами фізики і хімії при відповідних зовнішніх умовах
  7.  2.14.7. Суперіорізація
      вплив суперіор-них організмів найчастіше лише прискорювало процес його стадиальной трансформації. Якщо ж тип інферіорного організму був на кілька сходинок нижче суперіорних, вплив суперіорних організмів викликало, ініціювало процесі його перетворення в
  8.  Правила посилок
      живі організми - тварини Деякі живі організми - плазуни Якщо одна з посилок негативна, то і висновок повинен бути негативним. Наприклад: Всі метали теплопровідні Дане речовина не теплопровідності Дана речовина - не метал Якщо одна з посилок - приватне судження, то і висновок повинен бути приватним. Наприклад: Всі спекулянти підлягають покаранню Деякі люди - спекулянти
  9.  3.1. Класифікація екологічних факторів
      впливом організмів, в першу чергу в результаті накопичення мертвого органічної речовини, детриту (гумусу, торфу, сапропелю, лісової підстилки, дрантя і т.д.). В окрему групу виділяються антропогенні чинники, тобто чинники, пов'язані з впливом людини. Основними антропогенними факторами є: - руйнування природних екосистем і заміна їх на штучні
  10.  БІОСФЕРА
      впливом життєдіяльності організмів в біосфері постійно відбувається кругообіг води, кисню, вуглецю, азоту та інших
  11.  ЖИВЕ І биокосное РЕЧОВИНА, ЇХ ВЗАІМОВОЗНІКНОВЕНІЕ І ПЕРЕРОДЖЕННЯ У круговерті речовини і.
      температурою; 4. прожитковим мінімумом мінеральних речовин; 5. оптимальним рівнем солоності середовища. Жива речовина нашої планети існує у вигляді величезної безлічі організмів, різноманітних форм і розмірів. Хімічний склад живої речовини підтверджує єдність природи - він складається з тих же елементів, що і нежива природа, тільки співвідношення цих речовин різне і будова
  12.  § 4. КЛАСИФІКАЦІЯ ФАКТОРІВ СЕРЕДОВИЩА
      вплив тварин (рослиноїдних, паразитів, запилювачів, розповсюджувачів плодів і насіння), грибів (мікоризних, паразитичних), бактерій (азотфіксуючих і хвороботворних), вірусів. Для тварин - це забезпеченість ресурсами харчування, конкуренція, вплив хижаків, патогенних мікроорганізмів. Фактори, пов'язані з впливом людини, виділяються в окрему групу антропогенних
  13.  ВИСНОВОК
      живі організми сформували сучасний вигляд біосфери і впливають на неї сьогодні. Для написання реферату використовуйте наступну літературу: Лаппо А.В. Сліди колишніх біосфер, або розповідь про те, як влаштована біосфера і що залишилося від биосфер геологічного минулого. М.: Знание, 1987. Аллен Дж., Нельсон М. Космічні біосфери. М.: Прогресс, 1991. Опис
  14.  1. Біосфера
      вплив життя на природні явища була обгрунтована в працях найбільшого вченого-грунтознавця В.В.Докучаєва. Розгорнуте вчення про біосферу створено і розроблено акад. В.И.Вернадским, що опублікували в 1926 р. свою класичну працю «Біосфера». Принципові положення вчення В. І. Вернадського про біосферу органічно поєднують підходи його попередників. З одного боку, він розглядає біосферу як
  15.  II. Суспільство як організм
      живі одиниці, складові один організм, тісно поєднані між собою і стикаються один з одним, живі одиниці, що утворюють інший організм, вільні, не стикаються один з одним і більш-менш широко розсіяні § 221 Як же може існувати тут який-небудь параллелізм7 Соціальний агрегат , хоч і не конкретний, а дискретний, таки стає живим цілим за допомогою
  16.  4.6. Біологічна індикація
      живі прилади "- рослини-індикатори, висаджені на грядках, в вегетаційних судинах або в спеціальних коробочках (в останньому випадку використовують мохи, коробочки з якими називаються бріометрамі). "Живі прилади" розміщуються в найбільш забруднених частинах міста. При оцінці забруднення водних екосистем в якості біологічних індикаторів можуть використовуватися вищі рослини або