4. Температура, как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойотермные животные. Температурные адаптации растений и животных.

Температура влияет на все жизненно важные процессы и прежде всего на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах. У большинства организмов процессы жизнедеятельности протекают при температурах от -4 ^оС до +40-45^оС, а оптимум температурного фактора составляет 15-30^оС. Однако некоторые живые организмы выдерживают её значительные колебания от +50-60^оС в пустынях до -70-80^оС в Антарктиде. Отдельные виды бактерий и цианей могут существовать в горячих источниках при температуре около +80^оС. Полярные воды с температурой от 0 до -2^оС населены разнообразными представителями животного и растительного мира: беспозвоночными, рыбами, водорослями. Наиболее стабильные температурные условия сохраняются в океане, а наиболее изменчивые характерны для наземно-воздушной среды.

Температура различных сред жизни зависит от потока солнечной радиации и подвержена сезонным и суточным колебаниям в разных частях Земли. Некоторые насекомые переносят понижение температуры до -20,-45 ^оС; лиственница, образующая леса в районе г. Верхоянска выдерживает от -50 до -70^оС. Различают организмы с непостоянной температурой тела –пойкилотермныеи организмы с постоянной температурой тела –гомойотермные.Жизнедеятельность пойкилотермных организмов (микроорганизмы, растения, беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся) зависит в значительной степени от значений температуры окружающей среды. Её повышение за определенных пределов вызывает у них интенсификацию жизненных процессов и ускорение развития. У гомойотермных животных (птицы, млекопитающие) теплота вырабатывается как продукт биохимических реакций, служит источником повышения температуры их тела и стабилизации её на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Важную роль в интенсификации обменных процессов у гомойотермных организмов сыграли такие ароморфозы как:

- четырехкамерное сердце;

- полная изоляция артериальной и венозной крови;

- совершенные органы дыхания – легкие.

Поддержание и сохранение высокой температуры тела у теплокровных животных осуществляется благодаря:

- интенсивному обмену веществ;

- совершенным механизмам теплорегуляции:

1) химическая терморегуляция(усиление образования тепла при снижении температуры и ослабление при её повышении);

2) физическая терморегуляция(изменение уровня теплоотдачи – при повышенных температурах теплоотдача увеличивается, а при низких – уменьшается);

3) поведенческая терморегуляция(перемещение в более благоприятные условия – перелеты птиц, зимовка в берлоге).

- хорошей тепловой изоляции, создаваемой густым волосяным покровом, оперением или слоем подкожного жира.

Приспособлениями растительных и животных организмов к температурным колебаниям стали: миграции, оцепенение, анабиоз и др.

Миграция–переселение в более благоприятные условия(перелеты птиц, миграции рыб, насекомых и др.).

Оцепенение–состояние животного, характеризующееся прекращением питания, снижением всех физиологических функций.Некоторые насекомые, рыбы, земноводные впадают в оцепенение при температурах ниже +10^оС, а другие - только при температуре близкой к нулю. Вмерзшие в лед лягушки после оттаивания возвращаются к активной жизнедеятельности.

Зимняя спячка–состояние у животных, характеризующееся пониженным уровнем обмена веществ. Поддерживается такое состояние за счет запасов энергии (жира), накопленных ранее.

В спячку при понижении температуры могут впадать млекопитающие – медведи, барсуки, ежи. Пустынные грызуны, черепахи и другие животные впадают в спячку на несколько летних месяцев, что обусловлено в основном нехваткой воды.

Холодостойкость многих низших организмов обусловлена способностью клеток накапливать вещества с криопротекторными (холодозащитными) свойствами: солей, глицерина, сахарозы и др. и снижением в них количества воды В жаркое время года включаются физиологические механизмы, препятствующие перегреву: у растений усиливается транспирация с поверхности листьев; у животных также усиливается испарение воды через кожные покровы и дыхательную систему.

 Спорообразующие бактерии

 Грибы

 Простейшие

 Семена и споры

СКРЫТАЯ ЖИЗНЬ: ГИПОБИОЗ И КРИПТОБИОЗ

Гипобиоз -

Прямое замедление обмена веществ привоздействии неблагоприятных факторов сбыстрым возвращением к активнойжизни (оцепенение насекомых припонижении температуры, вмерзание в ледрастений, животных)

Криптобиоз -

Составная часть жизненного циклаорганизмов, генетическизапрограммированная (зимний покойрастений, спячка животных, диапауза –приостановка развития яйцеклетки). Изкриптобиоза организм нельзя вывести сразу,простым изменением среды.

ПАССИВНЫЙ ПУТЬ:НЕДОСТАТКИ И ДОСТОИНСТВА

Неспособность кактивности приухудшении условийсреды

Возможностьпереживатьнеблагоприятныеизменения средыобитания, экономяпри этом затратыэнергии на своесуществование

Недостатки

Достоинства

ИЗБЕГАНИЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ

Выработка таких жизненных циклов, прикоторых наиболее уязвимые стадии развитиязавершаются в самые благоприятные потемпературным и другим условиям периодыгода.

Активный поиск других условий обитания.

Доступность:

Подвижные животные, способные перемещатьсяв пространстве.

ИЗБЕГАНИЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ

Кочевки северных оленей

Миграциидеревенской ласточки

Направления путей перелетных птиц

ВЫВОД:

Все три пути выживания могут сочетаться упредставителей одного и того же вида. Избегание,уход от действия крайних температур илинедостатка влаги свойствен организмам в тойили иной мере и при активном, и при пассивномпути адаптации к среде. Все три путиприспособления характерны и по отношению кдругим экологическим факторам среды. Чаще всегоприспособление вида к среде осуществляется темили иным сочетанием всех трех возможных путейадаптаций.

Многие растения и животные при постепенной подготовке успешно переносят предельно низкие температуры в состоянии глубоко покоя или анабиоза. Анабиоз – такое состояние живых организмов, при котором все жизненные процессы почти прекращены или настолько снижены, что видимые проявления жизни отсутствуют.В таком состоянии повышается устойчивость (резистентность) организмов к ряду неблагоприятных факторов: недостатку кислорода, влаги (большинство бактерий, протистов, низших ракообразных), действию ядовитых веществ и ионизирующих излучений и др.

Рис. Тихоходка – один из видов животных, впадающих в анабиоз.

У растений в процессе эволюции сформировались следующие приспособления:

а) к высоким температурам:

- усиленная транспирация;

- блестящая поверхность и густое опушение листьев;

- вертикальное положение листьев;

- уменьшение поверхности листьев;

б) к низким температурам:

- листопад;

- отмирание наземных частей;

- утолщение пробкового слоя;

- высокая концентрация углеводов и других органических веществ в цитоплазме клеток;

- способность связывать значительное количество воды.