Физика низких температур. Влияние низких температур на живой организм и неживую материю

     Значение  температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания биохимических процессов в клетках, и это отражается на жизнедеятельности организма в целом.

     По  отношению к температуре как  к экологическому фактору все  организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые. Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить в условиях относительно низких температур и не выносят высоких. Так, древесные и кустарниковые породы Якутии не вымерзают при -70⁰С, в Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, ногохвостки, пингвины.

     Известно, что холод значительно повреждает клетки. Это ведет к их гибели. Защита клеток от пагубного действия холода обеспечивается особыми добавками и специальными химическими веществами, получившими название криофилактиков.

     Способность выдержать экстремально низкие температуры  у разных видов организмов различна. Так некоторые виды растений, произрастающие в районах с холодным климатом, способны выдержать полное замерзание тканей и понижение температуры окружающего воздуха до -62⁰С (лиственница) и ниже. Но некоторые растения (особенно низшие) и семена не повреждаются иногда даже при температурах, близких к абсолютному нулю (до 
-270⁰С).

     Повреждение растений холодом сопровождается потерей  тургора листьями, изменением окраски из-за разрушения хлорофилла. Основная причина гибели от низких положительных температур заключается в нарушении обмена веществ, т.е. процессы распада начинают преобладать над процессами синтеза, накапливаются ядовитые вещества, нарушается структура цитоплазмы.

     Понижение температуры меняет свойства многих тел. Например, мягкая и упругая резина становится при температуре около 200 К жесткой и от удара молотком раскалывается, как стекло. Так же ведут себя многие металлы, например, сталь, свинец. Если из свинца сделать колокольчик и охладить его в жидком азоте, он будет издавать мелодичный звон: свинец станет твердым. Но есть металлы и сплавы, в которых понижение температуры увеличивает прочность, оставляя им достаточную пластичность. Таковы, например, медь, ее сплавы и алюминий. Именно из этих металлов изготовляют аппараты, которые используются при низких температурах.

Заключение

     Издавна огонь даровал людям тепло, свет и жизнь, а холод нес с собой ужас и смерть. Сотни лет назад люди строили храмы в честь огня, и лишь в середине XX века на Земле появились храмы, воздвигнутые человеком “в честь холода”. С помощью холода раскрыты такие феномены физики и биологии, которые удивляют, поражают воображение.

     В настоящее время большого внимания заслуживает использование технологии криоконсервирования генетического  материала (в животноводстве), технология замедления всхожести семян и корнеплодов путем низкотемпературной обработки (растениеводство). Созданы хранилища, позволяющие длительное время сберегать кровь, материнское молоко, спинной мозг и другие живые биологические ткани.

     Теперь  возможно и широко применяется пересадка  больным консервированного с помощью низких температур костного мозга – цельной кроветворной ткани. Холод стал помощником нейрохирургов, проникающих в глубины мозговой ткани, вошел в арсенал оториноларингологов, использующих его для удаления миндалин. Офтальмологи с помощью метода криоэкстракции удаляют катаракту. Кардиологи после процесса замораживания теперь могут извлечь тромб из глубоко расположенных периферических сосудов-артерий и вен.

     В 1964 году в Филадельфии увидел свет первый ребенок – плод искусственного осеменения сперматозоидом, в течение нескольких лет хранившимся при низкой температуре. Учеными был разработан метод консервации: жидкая сперма покрывалась защитной смесью яичного желтка с глицерином и мгновенно замораживалась, когда ее погружали в жидкий азот. Сохраняемую таким образом сперму можно довольно просто разморозить. Для этого ее надо погрузить в тепловатую воду, имеющую температуру человеческого тела. В настоящее время уже родилось сотни тысяч детей, зачатых методом искусственного оплодотворения. Этот же метод широко используется в животноводстве для искусственного осеменения скота.

     Тесная  взаимосвязь физических, химических и биологических явлений позволяет  утверждать, что исследование эффекта криовоздействия в любой конкретной области может привести к фундаментальным открытиям, что, в свою очередь, необходимо для создания технологии будущего. 

Литература 

1. Ардашев В.И. Измерения низких температур. М., 1975.

2. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия по адресу: http://www.km.ru

3. Карелин П.К. Физика низких температур (Краткий исторический очерк) / ООО «НТК «Криогенная техника» - с. 9-20.

4. Крамарухин Ю.Е. Приборы для измерения температуры. – М. : Машиностроение, 1990. - 208 с.

5. Степановских А.С. Экология. М., 2001. – 703 с.

6. Физика низких температур / Пер. с англ. под общ. ред. А.И. Шальникова. - М., 1959.

7. Экология : Учебник для вузов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М. : Дрофа, 2003 – 624 с.

8. Энциклопедия Wikipedia по адресу: http://www.wikipedia.org