АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Температура, влияние температуры на разные стороны жизнедеятельности организмов

Читайте также:
  1. I. Колебания цен сырья, непосредственное влияние их на норму прибыли
  2. II. Измерение температуры в прямой кишке
  3. II. СТАТЬИ НА РАЗНЫЕ ТЕМЫ НОВЫХ ЗНАНИЙ.
  4. V. Влияние изменения цен
  5. What is important when thinking about Corporate Social Responsibility? Stakeholders (заинтересованныестороны) Environment
  6. Аксиома вторая. Вопрос о производственных отношениях вторичен по отношению к вопросу о типе жизнедеятельности.
  7. Анализ обеспеченности кормами пчел в разные сезоны года.
  8. Анализ факторов оказывающих влияние на выбор методов управления
  9. АНТРОПОМЕТРИЯ , МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА , АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ , ЧАСТОТЫ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ , ЧАСТОТЫ ДЫХАНИЯ
  10. Безопасность жизнедеятельности.
  11. БЕЗОПАСТНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
  12. Бесконтактные средства измерения температуры поверхности

Температурные границы существования видов. Температура отражает среднюю кинетическую скорость ато­мов и молекул в какой-либо системе. От температуры ок­ружаю­щей среды зависит температура организмов и, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих об­мен веществ.

Большинство биохимических реакций в организмах осуществ­ляется при участии ферментов – специализированных белковых катализаторов, которые понижают энергию активации молекул на 8-12 порядков. Поэтому границы существования жизни – это температуры, при которых возможно нормальное строение и функ­ционирование белков, в среднем от 0 до +50°С. Однако целый ряд организмов обладает специализированными ферментными си­стемами и приспособлен к активному существованию при темпе­ратуре тела, выходящей за указанные пределы.

Виды, предпочитающие холод, относят к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при тем­пературе клеток до -8, -10 °С, когда жидкости их тела находятся в пере­охлажденном состоянии. Криофилия характерна для представи­телей разных групп: бактерий, грибов, червей, членистоногих, моллюсков, рыб и др., обитающих в природе в усло­виях низких температур в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных морях и т. п. Виды, оптимум жизне­деятельности которых приурочен к области высоких температур, относят к группе термофилов. Термофи­лией отличаются многие группы микроорганизмов, встречающихся в горячих источниках, на поверхности почвы в аридных районах, в разлагающихся ор­ганических остатках при их саморазогревании и т. п., а также ряд многоклеточных животных, например нематод, личинок на­секомых, клещей и т. п., населяющих те же самые места обитания. Некоторые термофильные организмы в активном состоянии могут выдерживать до +80°С и даже более, например водоросли из ро­да Oscillatoria в горя­чих источниках Исландии.

Температурные границы существования жизни намного раз­двигаются, если учесть выносливость многих видов в ла­тентном состоянии. Споры некоторых бактерий выдерживают в течение нескольких минут нагревание до +180°С. В лабора­торных экс­периментах семена, пыльца и споры растений, нематоды, колов­ратки, цисты простейших и ряд других организмов после обез­воживания переносили температуры, близкие к абсолютному ну­лю (до -271,16°С), возвращаясь затем к активной жизни. В этом случае цитоплазма становится тверже гранита, все молекулы находятся в состоянии почти полного покоя, и никакие реакции невозможны. Приостановка всех жизненных процессов организма носит название анабиоза. Из состояния анабиоза живые существа могут возвратиться к нормальной активности только в том случае, если не была нарушена струк­тура макромолекул в их клетках.

Существенную экологическую проблему представляет неста­бильность, изменчивость температур окружающей орга­низмы сре­ды. Повышение температуры увеличивает количество молекул, обладающих энергией активации. Коэффициент, показывающий, во сколько раз изменяется скорость реакций при изменении тем­пературы на 10°С, обозначают Q10.Для большинства химических реакций величина этого коэффициента равна 2-3 (закон Вант-Гоффа) Сильное понижение темпера­туры вызывает опасность такого замедления обмена веществ, при котором окажется не­возможным осуществление основных жизненных функций Из­лишнее усиление метаболизма при повышении температуры также может вывести организм из строя еще задолго до теплового разру­шения ферментов, так как резко возрастают потребности в пище и кислороде, которые далеко не всегда могут быть удовлетворены.

Изменения температуры приводят также к изменениям стерео-химической специфичности макромолекул- третичной и четвертич­ной структуры белков, строения нуклеиновых кислот, организа­ции мембран и других структур клетки. Так как ве­личина Q10для разных биохимических реакций различна, то изменения тем­пературы могут сильно нарушить сбалансирован­ность обмена веществ, если скорости сопряженных процессов изменятся раз­личным образом

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), по-видимому, 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 и

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 томи 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 эцтотермными или пойкилотермными. 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 эндо­термяъщи или гомойотермными. Гомойотермия характерна только для предста­вителей двух высших классов позвоночных – птиц и млекопи­тающих. Частный случай гомойотермии – гетеротермия – свой­ствен 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.

Основные пути приспособления живых организмов к температурным условиям среды. Во всем многообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным температурным условиям среды можно выделил три основных пути.

Активный путь — это усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществить все жизнен­ные функции организмов, несмотря на отклонения температур от оптимума. Этот путь в зачаточной форме проявля­ется у неко­торых высших растений, несколько сильнее развит у пойкило­термных животных, но особенно ярко выражен при гомойотермии.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организ­ма ходу внешних температур. При недостатке тепла это приво­дит к угнетению жизнедеятельности, что способствует эконом­ному использованию энергетических запасов. Компенса­торно по­вышается устойчивость клеток и тканей организма. Пассивный путь адаптации к влиянию неблагоприятных темпе­ратур свойст­вен всем растениям и пойкилотермным животным. Среди млеко­питающих и птиц преимущества пассивного приспособления в не­благоприятные периоды года используют гетеротермные виды, впадающие в оцепенение или спячку. Элементы пассивной адап­тации присущи и типичным гомойотермным животным, обитающим в условиях крайне низких температур. Это выражается в неко­тором снижении уровня обмена, замедлении темпов роста и раз­вития, что позволяет эко­номнее тратить ресурсы по сравнению с быстро развивающимися видами

Избегание неблагоприятных температурных воздействий — третий возможный путь приспособления к среде. Общий способ для всех групп организмов — выработка таких жизненных цик­лов, при которых наиболее уязвимые стадии развития заверша­ются в самые благоприятные по температурным условиям периоды года. Для животных основным способом избегания пессимальных температур являются разнообразные формы поведения. Изменения в ростовых процессах растений — в известной мере экологический аналог поведения животных Например, карлико­вость тундровых растений помогает ис­пользовать тепло призем­ного слоя и избегать влияния низких температур воздуха.

Избегание, уход от действия крайних температур свойствен организмам в той или иной мере и при активном, и при пассив­ном пути адаптации к среде. Все три пути приспособления ха­рактерны и по отношению к другим экологическим фак­торам среды.

Эффективные температуры развития пойкилотермных организмов. Зависимость темпов роста и развития от внешних темпера­тур для растений и пойкилотермных животных дает возмож­ность рассчитать скорость прохождения их жизненного цикла в конк­ретных условиях. После холодового угнетения нормаль­ный обмен веществ восстанавливается для каждого вида при определенной температуре, которая называется температур­ным порогом разви­тия. Чем больше температура среды превышает пороговую, тем интенсивнее протекает развитие и, сле­довательно, тем скорее завершается прохождение отдельных стадий и всего жизненного цикла организма Например, разви­тие икры форели начинается при 0°С. При температуре воды +2°С мальки выходят из яиц через 205 дней, при +5°С — через 82 дня, а при +10°С — всего через 41 день. Нетрудно заметить, что во всех случаях произведение положительных температур среды на число дней разви­тия остается постоянным: 410.

Таким образом, для осуществления генетической программы развития пойкилотермным организмам необходимо по­лучить из­вне определенное количество тепла. Ото тепло измеряется суммой эффективных температур. Под эффективной температурой пони­мают разницу между температурой среды и температурным поро­гом развития организмов. Для каждого вида она имеет верхние пределы, так как слишком высокие температуры уже не стимули­руют, а тормозят развитие.

И порог развития, и сумма эффективных температур для каж­дого вида свои. Они зависят от исторической приспособленности вида к условиям жизни. Для семян растений умеренного кли­мата, например гороха, клевера, порог раз­вития низкий: их про­растание начинается при температуре почвы от 0 до +1 °С более южные культуры — кукуруза и просо — начинают прорас­тать только при -f-8...+10 °С, а семенам финиковой пальмы для начала развития нужно прогревание почвы до +30 °С.

Сумму эффективных температур рассчитывают по формуле: Х=(Т-С)хС, где X — сумма эффективных температур, Т — температура окру­жающей среды, С — температура порога развития и t — число часов или дней с температурой, превышающей порог развития.

Зная средний ход температур в каком-либо районе, можно рассчитать появление определенной фазы или число воз­можных генераций интересующего нас вида. Так, в климатических ус­ловиях Северной Украины может выплодиться лишь одна генера­ция бабочки яблонной плодожорки, а на юге Украины — до трех, что необходимо учитывать при разработке мер защиты садов от вредителей. Сроки цветения растений зависят от того, за какой период они набирают сумму необходимых температур. Для за­цветания мать-и-мачехи под Ленинградом, например, сумма эффективных температур равна 77, кислицы — 453, земляники — 500, а желтой акации — 700 °С.

Сумма эффективных температур, которую нужно набрать для завершения жизненного цикла, часто ограничивает гео­графиче­ское распространение видов. Например, северная граница дре­весной растительности приблизительно совпадает с июльскими изотермами +10...+12°С. Севернее уже не хватает тепла для развития деревьев и зона лесов сменяется безлес­ными тундрами.

Расчеты аффективных температур необходимы в практике сельского и лесного хозяйства, при борьбе с вредителями, интро­дукции новых видов и т. п. Они дают первую, приближенную ос­нову для составления прогнозов. Однако на распро­странение и развитие организмов влияет множество других факторов, поэто­му в действительности температурные зависимо­сти оказываются более сложными.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)