Экологические факторы: влияние температуры на живые организмы

Экологические факторы: влияние температуры  на живые организмы.

 

Всё, что окружает живые организмы, и есть среда обитания, а отдельные её компоненты и элементы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы, и есть экологические факторы. Факторы среды разнообразны. Они имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы подразделяют на три большие группы: биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы - это все формы воздействия  живых организмов друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других, вступая в связь с представителями своего и других видов.

Антропогенные факторы – это все формы  деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению  природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Абиотические  факторы – это комплекс условий неорганической среды, влияющих на живые организмы прямо или косвенно: температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха и т.д.

Рассмотрим основной климатический фактор и  его  влияния на живые организмы. Температуру, наверное, следует считать самым важным климатическим фактором, на который реагируют все без исключения организмы.

 

 

 

Температура.

Тепловой режим - важнейшее условие  существования всех живых организмов, так как все физиологические  процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла  является солнечное излучение. Сила и характер солнечного излучения  зависят от географического положения  и являются важными факторами, определяющими  климат региона. Климат же определяет наличие и обилие видов животных и растений в данной местности. Диапазон существующих во Вселенной температур равен тысячам градусов.

По сравнению с ними пределы, в которых может существовать жизнь, очень узки - около 300 ⁰С, от -200 ⁰С до +100 ⁰С. На самом деле большинство видов и большая часть активных физиологических процессов приурочены к более узкому диапазону температур.

Как правило, это температуры, при  которых возможно нормальное строение и функционирование белков, - от 0 ⁰С до +50 ^-0С. Однако существуют организмы, обладающие специализированными ферментными системами, что обеспечивает им возможность активного существования при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

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.

У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность  приурочена к условиям довольно высоких  температур. Это преимущественно  обитатели жарких тропических районов  Земли. Они не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 0 ⁰С, хотя физического замораживания их тканей и не происходит. Причиной их гибели, как правило, является нарушение обмена веществ, приводящее к образованию в растениях несвойственных им продуктов, в том числе и вредных, вызывающих отравление.

Многие организмы обладают способностью переносить очень высокие температуры. Например, пресмыкающиеся, некоторые  виды жуков и бабочек выдерживают  температуру до 45-50 ⁰С. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52 ⁰С обитает рыба - пятнистый ципринодон, в одах горячих ключей на Камчатке постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75-80 ⁰С.

Температурный оптимум для большинства  живых организмов находится в  пределах 20-25 ⁰С, и лишь у обитателей жарких сухих районов температурный оптимум жизнедеятельности находится выше 25-28 ⁰С.

Изменчивость температуры является мощным экологическим фактором среды. Живые организмы приспосабливаются  к различным температурным условиям; одни могут жить при постоянной или  относительно постоянной температуре, другие лучше адаптированы к колебаниям температуры.

Беспозвоночные, рыбы, амфибии и  рептилии лишены способности поддерживать температуру тела в узких границах. Их называют пойкилотермными. Данных животных часто называют также эктотермными, так как они больше зависят от тепла поступающего извне, чем от того тепла, которое образуется в обменных процессах. Для них характерны низкая интенсивность обмена и отсутствие механизмов сохранения тепла.

Птицы и млекопитающие способны поддерживать достаточно постоянную температуру  тела независимо от окружающей температуры. Этих животных называют гомойотермными. Гомойотермные животные относительно мало зависят от внешних источников тепла. Благодаря высокой интенсивности  обмена у них вырабатывается достаточное  количество тепла, которое может  сохраняться. Поскольку эти животные существуют за счет внутренних источников тепла, в настоящее время их часто  называют эндотермными. Такое разделение имеет несколько условный характер, так как многие организмы не являются абсолютно пойкилотермными или гомойотермными. Многие пресмыкающиеся, рыбы и насекомые (пчелы, бабочки, стрекозы) могут в течение определенного времени регулировать температуру тела, а млекопитающие при необычно низких температурах ослабляют или приостанавливают эндотермическую регуляцию температуры тела. Так, даже у таких "классических" гомойотермных животных, как млекопитающие, во время зимней спячки температура тела понижается. Несмотря на известную условность деления всех живущих на Земле организмов на эти две большие группы, оно показывает, что существует два стратегических варианта адаптации к условиям температуры среды.

Температуры, лежащие выше нижнего  порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Для растений и эктотермных животных количество тепла, необходимое для развития, определяется суммой эффективных температур или суммой тепла. Зная нижний порог развития, легко определить эффективную температуру - по разность наблюдаемой и пороговой температур. Так, если нижний порог развития организма равен 10⁰С, а реальная в данный момент температур воздуха 25⁰С, то эффективная температура будет 15 ⁰С (25⁰-10⁰).

Сумму эффективных температур для  каждого вида растений и эктотермных животных, как правило, величина постоянная, притом, если другие условия среды находятся в оптимуме, отсутствуют осложняющие факторы. Например, в Северо-западном регионе России цветение мать-и-мачехи начинается при сумме эффективных температур 77⁰, кислицы - 43,5⁰, земляники - 50⁰, желтой акации - 70⁰. Именно сума эффективных температур, которую нужно набрать для завершения жизненного цикла, нередко является ограничивающим фактором географического распространения видов. Так, северная граница древесной растительности в целом совпадает с июльскими изотермами +10, +12⁰. Севернее уже не хватает тепла для развития деревьев, и зона лесов сменяется безлесыми тундрами.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации  к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические, поведенческие  и т.д. Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений - форма  их роста. Там, где мало тепла - в Арктике, в высокогорье, - много подушковидных  растений, много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками  листьев, стелющихся форм. Стелющиеся побеги зимуют под снегом и не подвергаются губительному действию низких температур.

У животных морфологические  адаптации к температуре также четко прослеживаются. Под действием температурного фактора у животных формируются такие морфологические признаки, как отражательная способность тела, пуховой, перьевой и шерстяной покровы, жировые отложения. Большинство насекомых в Арктике и высоко в горах имеют темную окраску. Это способствует усиленному поглощению солнечного тепла. Эндотермные животные, обладающие в холодных областях (полярные медведи, киты и т.д.), имеют, как правило, крупные размеры, тогда как обитатели жарких стран ( например многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам. Это явление носит название правило Бергмана. Согласно этому правилу, при продвижении на север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных увеличиваются.

При увеличении размеров уменьшается  удельная поверхность, а, следовательно, теплоотдача. Размеры выступающих  частей тела тоже варьируют в соответствии с температурой среды. У видов, живущих  в более холодном климате, различные  выступающие части тела (хвост, уши, конечности) меньше, чем у родственных  видов из более теплых мест. Это  явление известно - как правило Аллена.

Биохимическая адаптация живых  организмов к температуре проявляется, прежде всего, в изменении биохимического состава клеток и тканей.

У животных есть разнообразные поведенческие  адаптации к температуре. Они  проявляются в миграциях животных в места с более благоприятными температурами, в изменении сроков активности и т.д. В пустынях, где  днём поверхность может нагреваться  до 60-70°С , на раскаленном песке животных почти не увидишь. Насекомые, рептилии и млекопитающие проводят жаркое время, спрятавшись в норы. В глубине почвы температура не так резко колеблется и сравнительно невысокая.

При понижении температуры большинство  животных переходит на питание более  калорийной пищей. Белки в теплое время года поедают более 100 видов  кормов, зимой же питаются, главным  образом, семенами хвойных, богатых  жирами.

Важное место в преодолении  воздействия низких температур, особенно в зимний период, занимает выбор  животными места для убежищ, утепление  жилища, гнёзд.

При всём многообразии приспособлений живых организмов к воздействию  неблагоприятных температур, выделяют три основных пути: активный, пассивный  и избегание неблагоприятных  температурных воздействий.

Активный путь - усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность осуществления  жизненных функций организма, несмотря на отклонения от температурного оптимума.

Пассивный путь - это подчинение жизненных  функций организма ходу внешних  температур.

•        Зимняя спячка наблюдается у некоторых грызунов, летучих мышей. При этом резко замедляется интенсивность обмена веществ, уменьшается частота дыхательных движений и частота сердечных сокращений, понижается температура тела.

•        Зимний сон. Осенью животные накапливают большое количество жировых запасов и засыпают на несколько месяцев. При этом не происходит глубокого изменения обмена веществ, животное можно разбудить, например, можно разбудить медведя в берлоге. Такое состояние помогает перенести отсутствие пищи в зимнее время.

•        Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные процессы замедлены до минимума, отсутствуют все видимые признаки жизни.

•        Состояние зимнего покоя. Наблюдается у многолетних растений, направлено на перенесение низких температур. Растения накапливают различные "антифризы", чтобы в цитоплазме клеток не образовались кристаллики льда и не разрушили клеточные структуры.

Избегание неблагоприятных температурных  воздействий - общий способ для всех организмов. Выработка жизненных  циклов, когда наиболее уязвимые стадии проходят в самые благоприятные  по температурным режимам периоды  года.

Реакция конкретного вида на температуру  не постоянна и может изменяться в зависимости от времени воздействия  температуры окружающей среды и  ряда других условий. Другими словами, организм может приспосабливаться  к изменению температурного режима. Этот процесс называют акклиматизацией. Однако различие между этими терминами  лежит не в месте регистрации  реакции, а в том случае, если организм не может приспособиться к изменению  температурного режима, он погибает.

Экологические факторы воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов в  той или иной мере видоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. Например, с повышением влажности  воздуха уменьшается интенсивность  испарения влаги с поверхности  кожи, что затрудняет работу одного из наиболее эффективных механизмов приспособления к высокой температуре. Низкие температуры также легче  переносятся в сухой атмосфере, имеющей меньшую теплопроводность. Таким образом, влажность среды меняет субъективное восприятие температуры у теплокровных животных, в том числе и у человека.