Тема 3. Температура как экологический фактор
Температура окружающей среды наряду с солнечным излучением является одним из самых важных факторов, воздействующих на живые организмы. Известны, по крайней мере, четыре источника тепловой энергии, влияющих на температурное состояние организмов: 1) тепло среды, в которой они живут (вода, почва, воздух); 2) дополнительное тепло в виде прямого солнечного излучения для организмов, живущих на поверхности почвы (особенно большие количества тепловой энергии в области инфракрасного и видимого излучения); 3) тепло, выделяющееся при разложении органических остатков (компост, навоз, силос) в результате бактериальной ферментации; 4) постоянный источник тепла в виде энергии, высвобождающейся в процессе метаболизма, главным образом, при катаболизме. При этом внутренние источники энергии у животных могут иметь важное значение для установления независимой от температуры окружающей среды температуры тела. В случае если тепла, выделяемого при катаболизме, недостаточно для устойчивого поддержания определенного уровня в организме, он оказывается зависимым от температуры окружающей среды. По этому признаку организмы делятся на две большие группы: эндотермных (гомойотермных) и экзотермных (пойкилотермных).
Влияние температуры окружающей среды на организмы можно рассматривать с двух точек зрения. Качественное влияние температуры на организмы связано со спецификой их индивидуального развития. Для количественного воздействия температуры на организмы характерно наличие корреляционных связей между величиной действующего температур-ного стимула и масштабами биологических проявлений. Температура окружающей среды в таких случаях определяет интенсивность экологических явлений.
Задание 1. Приведите примеры растений следующих экологических групп:
Нехолодостойкие________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Неморозостойкие________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Морозоустойчивые ______________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Закалка у морозоустойчивых растений____________________________________________
________________________________________________________________________________
Нежаростойкие_________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Жаровыносливые ________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Жароустойчивые ________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Пирофиты______________________________________________________________________
Задание 2. Все растения являются пойкилотермными организмами. Среди животных выделяются пойкилотермные, гомойотермные и гетеротермные виды (в период активности температура их тела постоянна, но во время отдыха, а особенно, во время зимней спячки, значительно понижается). Приведите примеры животных каждой из групп.
Пойкилотермные________________________________________________________________
Гомойотермные_________________________________________________________________
Гетеротермные _________________________________________________________________
Задание 3. Зависимость темпов роста и развития от внешних температур для растений и пойкилотермных животных дает возможность рассчитать скорость прохождения их цикла развития в данных условиях. Раскройте понятия «температурный порог развития», «эффек-тивная температура». Запишите формулу, по которой рассчитывается сумма эффективных температур, и определите, через сколько дней произойдет выход мальков форели из икри-нок, если температура воды составляет: 1) +5; 2) +6; 3) +7; 4) +8; 5) +9; 6) +10 градусов (сумма эффективных температур – 410, температурный порог развития – 0 градусов).
Температурный порог развития___________________________________________________
________________________________________________________________________________
Эффективная температура ______________________________________________________
________________________________________________________________________________
Сумма эффективных температур рассчитывается по формуле:
________________________________________________________________________________
Выход мальков форели при температуре воды: +5 ________ ; +6 ________ ; +7 ________ ; +8 ________ ; +9 ________ ; +10 ________
Задание 4. Характерная особенность теплообмена пойкилотермных животных состоит в том, что главным источником поступления тепловой энергии у них является внешнее тепло. Для таких животных свойственны некоторые адаптации: как к низкой, так и высокой температуре. Раскройте основные из этих приспособлений, приведите примеры.
Приспособления к низкой температуре у пойкилотермных животных:
«Биологические антифризы»_______________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Повышенная теплопродукция ______________________________________________________
________________________________________________________________________________
Артерио-венозные «теплообменники»_______________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Адаптивное поведение ____________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Приспособления к высокой температуре у пойкилотермных животных:
Подкожная сосудистая регуляция __________________________________________________
________________________________________________________________________________
Теплоотдача за счет испарения ____________________________________________________
________________________________________________________________________________
Задание 5. Гомойотермные животные гораздо меньше зависят от температурных усло-вий среды. Ароморфные изменения строения (четырехкамерное сердце и наличие одной дуги аорты, обеспечивающее полное разделение артериального и венозного кровотока, интенсив-ный обмен веществ благодаря снабжению тканей артериальной кровью, перьевой или воло-сяной покров тела, регуляция теплоотдачи кожными сосудами, хорошо развитая высшая нервная деятельность) позволили птицам и млекопитающим сохранять активность при очень резких перепадах температур и освоить практически все местообитания. Для них также свойственны некоторые адаптации: как к низкой, так и высокой температуре. Раскройте основные из этих приспособлений, приведите примеры.
Приспособления теплокровных животных к низким температурам:
Дрожь__________________________________________________________________________
«Свободное» тканевое дыхание_____________________________________________________
________________________________________________________________________________
Наличие бурой жировой ткани_____________________________________________________
________________________________________________________________________________
Теплоизолирующие покровы________________________________________________________
Адаптивное поведение ____________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Приспособления теплокровных животных к высоким температурам:
Испарение воды__________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Сосудистые реакции______________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Задание 6 (для самостоятельной работы). Сформулируйте основные экологические правила, характеризующие адаптации гомойотермных животных к температурным условиям обитания.
Правило Бергмана _______________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Правило Аллена _________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Правило Глогера_________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Правило Гессе___________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Закон покровов тела _____________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Рис. 6. Особенности строения нор и расположения гнезд разных видов млекопитающих, позволяющие создавать в них определенный температурный режим
(по Н. П. Наумову, 1963; И. И. Барабаш-Никифорову, А. Н. Формозову, 1963)
1 – логово зайца-русака в песчаных дюнах; 2 – снежная нора зайца-русака; 3 – летняя нора полуденной песчанки; 4 – нора малого суслика; 5 – нора выхухоли; 6 – хатка ондатры; 7 – гнезда рыжей полевки в дупле дуба; 8 – зимнее гнездо обыкновенной белки