Лекция № 11. Важнейшие абиотические факторы. Температура

Температура является важнейшим экологическим фактором: от нее зависит ход всех биологических процессов, объем продуцируемой биомассы, распространение организмов в биосфере. Температурные условия создают зональность - распределение организмов по Земле в горизонтальном направлении и стратификацию - вертикальное распределение их по уровням в воде. Наряду с обеспечением водой фактор температуры определяет типы экосистем.

Поскольку жизнь есть способ существования белковых тел, то все важнейшие жизненные процессы могут происходить только в интервале температур, в котором возможно нормальное строение и функционирование белков - от 0 до +50°С. Температуры в этих пределах определяют скорость биохимических реакций. Согласно правилу Вант-Гоффа (1852—1911 гг.), при повышении температуры на каждые 10° (скорость большинства химических реакций возрастает в 2—3 раза).

Однако имеются организмы, которые приспособили строение своих белков для функционирования при более высоких и более низких температурах. Так, холодолюбивые организмы - криофиты (от греч. kryos - холод) сохраняют активность при температурах до -80°С, а термофиты (от греч. therme - тепло) - при температурах от 50 до 80°С . Ими являются некоторые бактерии, водоросли, членистоногие, пресмыкающиеся, рыбы и др.

Кроме того, в неактивном состоянии некоторые организмы могут переносить еще более экстремальные температуры. Споры некоторых бактерий, семена и споры растений, некоторые черви и членистоногие способны переносить температуры, близкие к абсолютному нулю, а затем восстанавливать свою активность.

Временная приостановка организмами их жизненных процессов называется анабиозом.

Значения температур, выше и ниже которых жизненные процессы уже невозможны, называют верхним и нижним температурными порогами. Как правило, верхние пределы температур бывают для организмов более критическими, чем нижние.

Для обитания в разных температурных условиях организмы в процессе эволюции выработали способность приспосабливаться - адаптации: поведенческие, морфологические и физиологические.

Адаптации к температурному фактору делят на две большие группы:

1) пассивные — подчинение фактору:

- впадание в спячку в неблагоприятный период года (жаркий на юге и холодный на севере), во время которой, все жизненные процессы существенно замедляются;

- анабиоз, при котором жизненные процессы приостанавливаются;

2) активные — приспособления, позволяющие активно функционировать при неблагоприятных температурах.

Поведенческие адаптации направлены на избегание неблагоприятных температур и наиболее полное использование благоприятных. К поведенческим адаптациям относятся: перелеты птиц; строительство животными укрытий (нор, берлог и др.), их утепление; образование скоплений особей, позволяющих снизить неблагоприятное действие низких и высоких температур (пчелы др.).

Морфологические адаптации - приспособления путем изменения строения тела: развитие пухового, перьевого, шерстяного покровов, запасание жира, изменение окраски. Наибольшую известность получили два экологических правила - правило Д. Аллена (1848 г.) и правило К. Бергмана (1877).

Правило Бергмана: у организмов северных широт размеры тела намного крупнее, чем у родственных им организмов южных широт.

Так, из всех видов медведей самым крупным является белый медведь, обитающий в Арктике, его масса достигает 1 тонны, а из тигров - уссурийский, живущий в тайге.

Правило Аллена: выступающие части тела - носы, хвосты, уши, конечности и др. у животных южных широт развиты сильнее, чем у родственных им животных северных широт (рисунок 11.1).

Рис. 11.1. Разница в величине ушей у песца (1), лисицы обыкновен­ной (2) и лисицы Фенека (3)

Эти морфологические адаптации объясняются законами терморегуляции: чем больше поверхность тела животных, тем сильнее идет отдача с нее тепла в окружающую среду. Поскольку у мелких животных отношение поверхности тела к его массе больше, чем у крупных, то большей является и отдача тепла на единицу площади - удельная теплоотдача.

При низких температурах животные пытаются уменьшить поверхность тела, сворачиваясь в клубок.

Описанные закономерности прослеживаются при рассмотрении адаптивных типов человека: форма тела коренных жителей крайнего Севера - эскимосов и других отличается низким ростом и короткими конечностями. Жители тропических широт, наоборот, часто имеют длинные конечности, большие носы, толстые губы, с поверхности которых идет испарение влаги и отдача тепла.

Физиологические адаптации. У высших животных - птиц и млекопитающих, имеющих высокий уровень обмена веществ, в процессе эволюции выработалась способность поддерживать постоянную температуру тела, не зависящую от внешней среды. По этой причине птиц и млекопитающих называют гомойотермными (от греч. homoios - одинаковый) животными. Под­держание постоянства температуры их тел осуществляется двумя путями:

1) химическим - регуляцией процессов теплопродукции (производства тепла);

2) физическим - изменением интенсивности отдачи тепла испарением влаги, конвекцией (отдачей избытков тепла в воздух) и радиацией (отдачей тепла другим поверхностям).

Частным случаем гомойотермии является гетеротермия, наблюдаемая у некоторых млекопитающих в период спячки в неблагоприятный период года. В таком состоянии у них резко снижается обмен веществ, что позволяет им не тратить энергию на компенсацию температурного фактора. Летучие мыши впадают в оцепенение днем и в это время температура их тел равна температуре окружающей среды.

Все остальные группы животных, растения, бактерии и грибы являются пойкилотермными (от греч. poikilos - изменчивый). Они имеют низкий уровень обмена веществ, не позволяющий им поддерживать постоянную температуру тела. Температура их тел равна температуре окружающей среды, а их развитие и активность полностью зависят от ее значений: при низких температурах они приостанавливаются.

Разницу между температурой окружающей среды и нижним температурным порогом называют эффективной температурой, а минимальное количество тепла, необходимое пойкилотермным организмам для завершения их полного жизненного цикла - суммой эффективных температур, или суммой тепла.

Тестовые вопросы

1. Адаптация в природе это… A) приспособление организмов к окружающей среде B) последовательность переноса энергии в экосистеме C) совокупность экосистем какой-либо территории D) участок земной поверхности, занятый одним биоценозом 2. Как называются адаптации живых организмов, направленные на избегание неблагоприятных температур и наиболее полное использование благоприятных? A) пассивная B) поведенческая C) морфологическая D) физиологическая

3. Важнейшим абиотическим фактором экосистемы является температура. Как называется адаптация живых организмов к неблагоприятному периоду года, во время которого все жизненные процессы функционируют? A) активная B) пассивная C) поведенческая D) морфологическая 4 Как называется приспособление живых организмов к температурному фактору? A) адаптация B) терморегуляция C) режим D) лимит

Глоссарий

На русском языке	На казахском языке	На английском языке
температура	температура	temperature
жизнь	өмір	life
поведенческие адаптации	мінез-құлықтық бейімделу	dehavioural adaptations
физиологические адаптации	физиологиялық бейімделу	physiological adaptations
морфологические адаптации	морфологиялық бейімделу	morphological adaptations
биологические ритмы	биологиялық ырғақ	biological rhythms
правило	ереже	rule
температурный порог	температуралық кеден	temperature threshold

Темы СРС

1.Составить таблицу «Живые организмы, соответствующие ˝Правилу Бергмана˝» (Л1, стр. 126-130).

2. Составить таблицу «Живые организмы, соответствующие ˝Правилу Аллена˝» (Л1, стр. 126-130).

Темы СРСП

1.Описать известные Вам организмы, приспособившиеся к очень высоким и очень низким температурам (Л 1, стр. 135 –144).

Список основной литературы

1.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии. – Москва, 2004 г.

2.Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан, МООС РК, Алматы, 2007 г.

3. В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. Экология и экономика природопользования., Р-на-Д, 2003 г.

4. Л.И.Губарева, О.М.Мизирева, Т.М. Чурилова. Экология человека. М., 2005 г.

5. Г.С.Оспанова, Г.Т.Бозшатаева. Экология. – Алматы, 2002 г.

6. Под редакцией А.С.Степановских . Общая экология. М., 2001 г.