2. Влияние температуры на адаптации живых организмов

Генеральная закономерность воздействия температуры на живые организмы выражается действием ее на скорость обменных процессов. Согласно общему для всех химических реакций правилу Вант-Гоффа (увеличение температуры на 10 С приводит к ускорению химических процессов в 2-3 раза) повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции для всех химических реакций. Но в живых организмах химические процессы идут с участием ферментов, активность которых зависит также от температуры. В результате ферментативного катализа возрастает скорость биохимических реакций и количественно меняется ее зависимость от внешней температуры.

Величину температурного ускорения химических реакций удобно выражать коэффициентом Q₁₀, который показывает во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры на 10 С :

Q₁₀ = K_t+10/K_t;

где K_t – скорость реакции при температуре t;

K_t+10 - скорость реакции при температуре t+10.

Для большинства химических реакций Q₁₀ = 2–3. В реакциях живых систем колеблется в довольно широких пределах даже для одних и тех же процессов, протекающих в разных диапазонах температур. Это объясняется тем, что скорость ферментативных реакций не является линейной функцией температуры. Так, у тропических растений при температуре менее 10С коэффициент Q₁₀ ≈ 3, но существенно уменьшается при возрастании температуры выше 25-30 С. У колорадского жука потребление кислорода в диапазоне 10-30С Q₁₀ = 2,46, а при температуре 20-30С Q₁₀ = 1,8.

В одном и том же организме величина температурного ускорения биохимических реакций неодинакова для различных процессов.

Температурные пороги жизни. Объективная зависимость скорости реакций от температуры уже исходно определяет, что жизненные функции могут протекать лишь в определенном интервале температур.

От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а следовательно скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Температура в биосфере колеблется от +50С до –50С. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до +50С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является 120-140 ⁰С (выдерживают споры бактерий), нижним - -190-273 ⁰С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

Верхний температурный порог жизни теоретически определяется температурой свертывания белка (60С). Виды, живущие в области высоких температур, относятся к группе термофилов. Это микроорганизмы, нематоды, клещи, личинки насекомых, живущие в аридных областях, в горячих источниках, на склонах вулканов. Некоторые анаэробные архебактерии нормально существуют при 85-105С.

Нижний температурный порог жизни – температура замерзания воды (0С). При 0С образуются кристаллы льда, которые механически повреждают ткани. Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре до – 8, – 10С. Это бактерии, грибы, черви, моллюски, рыбы и другие, живущие в арктической и антарктической областях.