Температура, как фактор среды

Температура отражает среднюю кинетическую скорость движения атомов или молекул, таким образом от неё зависит температура организмов и скорость всех биохимических реакций обеспечивающих обмен веществ. Большинство химических реакций осуществляется с помощью ферментов - белковых катализаторов, поэтому границы определяются нормальным функционированием и существованием белков: 0 - 50 °C. Однако многие организмы выработали ряд приспособлений, тем самым смогли выйти за пределы данного диапазона. Для наземных животных и растений пределы существования (в том числе и в состоянии покоя) располагаются между - 70 °C и до + 55 °C, а для жителей морей и океанов от - 3,3 °C до + 36 °C. Чаще всего тот или иной организм способен существовать в более узких границах.

Основным источником тепла, как и света, является солнечное излучение. Организм может выживать только в условиях, к которым приспособлен его метаболизм (обмен веществ). Если температура живой клетки падает ниже точки замерзания, клетка обычно физически повреждается и гибнет в результате образования кристаллов льда. Если же температура слишком высока, происходит денатурация белков.

В ходе эволюции у живых организмов выработались разнообразные приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменениях температуры окружающей среды. Это достигается двумя путями:

1) различными биохимическими перестройками,

2) поддержанием температуры тела на более стабильном уровне, чем температура окружающей среды.

Биохимические перестройки (изменения набора, концентрации и активности ферментов), сложны и опасны для организмов и часто осуществляются лишь в последнюю очередь, если не помогают другие приспособления, позволяющие нормализовать температуру тела, не слишком нарушая сложившийся ход биохимических реакций.

Особенно большую роль в терморегуляции имеют масштабы выработки организмами собственного тепла. Источником теплообразования в клетках являются два экзотермических процесса:

1) окислительные реакции

2) расщепление АТФ.

Энергия, освобождающаяся при втором процессе, идет, как известно, на осуществление всех рабочих функций клетки, а энергия окисления – на восстановление АТФ. Но и в том, и в другом случае часть энергии, согласно второму закону термодинамики, рассеивается в виде тепла. Тепло, вырабатываемое живыми организмами как побочный продукт биохимических реакций, может служить существенным источником повышения температуры их тела.

Однако представители большинства видов не обладают достаточно высоким уровнем обмена веществ и не имеют приспособлений, позволяющих удерживать образующееся тепло. Их жизнедеятельность и активность зависят, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела – от хода внешних температур. Такие организмы называют эктотермными или пойкилотермными (холоднокровные). Пойкилотермия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным животным и значительной части хордовых.

У ряда групп высокоорганизованных животных на основе выработки собственного тепла развилась способность поддерживать постоянную оптимальную температуру тела, независимо от температуры среды. Таких животных называют эндотермными или гомойотермными (теплокровные). Гомойотермия характерна только для представителей двух высших классов позвоночных – птиц и млекопитающих.

Частный случай гомойотермии свойственен животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение. В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в неактивном – пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ. Таковы суслики, сурки, ежи, летучие мыши, сони, стрижи, колибри и др. У разных видов механизмы, обеспечивающие их тепловой баланс и температурную регуляцию, различны. Они зависят как от эволюционного уровня организации группы, так и от образа жизни вида.

Температура в жизни растений

Среди растений различают три или пять видов экологических групп:

1. Жаровыносливые - способные переносить жару в состоянии глубокого покоя или в виде спор (сине-зелёные водоросли, водоросли, верблюжья колючка, янтак, суккуленты).

Например корень верблюжьей колючки проникает на 20 метров, питая растения подземными водами. У кактусов корни поверхностные, и собирают влагу с поверхности. Также листья многих растений превращены в колючки - иголки для уменьшения испарения воды. Листья и стебли данных растений покрывает толстый слой воска, а утолщенная кожица имеет мало устьиц. Их листовые пластинки часто повернут ребром к горячим солнечным лучам. Войлочное опушение листьев рассеивает прямые солнечные лучи. В стеблях бывает имеется толстый слой пробки, которая воздушным слоем уменьшает нагрев внутренних частей растений. Данная группа растений - синтезируют жароустойчивые ферменты.

Могут впадать в состояние летнего покоя, когда надземные части растения - отмирают

2. Теплолюбивые, Термофиты (Мегатермные) - большинство растений тропического и субтропического поясов, они гибнут при температуре +3 - +5 °C.

К таким растениям можно отнести: помидоры, перец, огурцы, дыня, кукуруза, которые требуют весение выращивание в виде рассады, и дальнейшее выращивание в теплице, при установлении температуры не ниже +5 °C.

3. Нехолодостойкие, Мезофиты (Мезотермные) - растения умеренных широт, оптимальная температура +10-+30 °C (како, глоксиния)

4. Неморозостойкие - переносят низкие температуры пока в теле не образуется лёд. (лимон, чай)

4. Морозостойкие или Лёдоустойчивые, Криофиты (Микротермные) - растения холодного пояса. При сильных морозах в их тканях образуются кристаллики льда.

Для снижения температуры кристаллизации в клетках, в вакуолях и цитоплазме накапливаются углеводы, липиды. В строение клеточной мембраны накапливаются ненасыщенные фосфолипиды, так как они имеют более низкую температуру кристаллизации. При низких температурах переходят в состояние покоя, у них опадают листья, происходит опушение почечных чешуй. Образуется толстая кутикула, и утолщается пробковый слой. Древесные растения холодных зон имеют карликовую форму, стелющеюся, подушковидные и укороченные стебли. Листья могут быть игловидные с малым числом устьиц для снижения испарения воды.

Температура в жизни животных

"По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются" (правило Бергмана).

Одной из причин этого являются повышенные температуры в тропиках и субтропиках. У мелких форм относительная поверхность тела возрастает и соответственно увеличивается теплоотдача, что отрицательно сказывается в умеренных и высокихширотах прежде всего на животных с непостоянной температурой тела.

"У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела" (правило Аллена).

Это происходитпоскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла. У млекопитающих при низких температурах относительно сокращаются размеры хвоста, конечностей, ушей, лучше развивается волосяной покров. Правило Аллена наглядно проявляется, например, при сравнении размеров ушей экологически близких видов: песца (Alopex lagopus) –обитателя тундры, лисицы обыкновенной (Vulpes vulpes), типичной для умеренных широт, и фенека (Fennecus zerda) –обитателя пустынь Африки (рис.).

"окраска и пигментация теплокровных животных обитающих в холодном климате светлее и бледнее, чем в теплом и влажном" (правило Бергмана)

Животный мир тундры

Животный мир степей

Температура в жизни человека

Человек относится к теплокровным животным, температура тела поддреживается на уровне 37 °C. Гипотермия наступает, когда температура опускается ниже 35 °C, а гипертермия при повышении температуры выше 37,5 °C. Температуру в теле человека контролирует гипоталамус, принимая сигналы от терморецепторов кожи, когда должно произойти сужение или расширение сосудов

1. Регуляция на холод - для повышение температуры тела, организм использует дрожание - сокращение скелетных мышц для выработки тепла, а также сужение сосудов периферии (побледнение кожи), чтобы сохранить тепло у жизненно важных органов, у новорождённых активная выработка тепла происходит за счёт термогенеза бурого жира.

2. Регуляция на жару - для уменьшения температуры тела, организм расширяет кровеносные сосуды периферии (покраснение кожи), увеличивая конвекцию, и также раскрывает и усиливает работу потовых желёз, человек начинает интенсивнее дышать, выдыхая горячий воздух и вдыхая холодный.

Page updated

Google Sites

Report abuse