Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Температура

Главным источником тепла является солнечное излучение. Его количество, поступающее к верхней границе атмосферы Земли и составляющее 21*10^18-20 Дж/мин, называется солнечной постоянной. Вследствие рассеяния и поглощения в атмосфере до земной поверхнос­ти доходит значительно меньшая часть солнечной энергии, значения которой весьма различны в зависимости от географической широты, времени года и суток, состояния атмосферы и т.д. В полярных широтах поступление энергии составляет в среднем около 46*10⁵ Дж/год, а в тропических -116-120*10⁵ Дж/год. Живые организмы способны суще­ствовать в пределах определенного интервала температур. Верхняя граница нормального функционирования большинства организмов проходит ниже уровня температуры денатурации ферментов и не пре­вышает +45 - +50°С. Если температура падает ниже точки замерзания, то в отсутствие специальных защитных механизмов живые организмы погибают в результате образования в их клетках кристаллов льда и обезвоживания. В интервале пределов выносливости влияние температурного фактора на процессы жизнедеятельности и развития организмов в общем виде выражается в том, что с повышением темпе­ратуры тела на 10°С скорость метаболических реакций в клетке возра­стает в 2-3 раза. Вследствие этих особенностей метаболизма зона опти­мального существования большинства организмов лежит в диапазоне температур от +10 до +35°С. Благодаря различным адаптациям преде­лы выносливости к температурному фактору могут значительно рас­ширяться. Межвидовые различия в этом отношении чрезвычайно ве­лики. Жизнь существует преимущественно в условиях диапазона тем­ператур от -40°С (в Арктике) до +50°С (в пустынях), где температура на поверхности земли достигает иногда + 80°С. Максимум роста неко­торых узкоспециализированных термофильных грибов и водорослей наблюдается при +55-+60°С, бактерий - при +70-+90°С.

Все живые организмы используют два основных источника тепло­вой энергии: внешний (солнечная энергия и ее производные) и внутрен­ний, связанный с жизнедеятельностью самих организмов. В процессе эволюции жизни от ее низших форм к высшим в обеспечении теплового баланса происходило все большее усиление значения внутреннего источника энергии. Одновременно с этим совершенствовались специальные механизмы терморегуляции, обеспечивающие необходи­мый уровень выработки и расходования тепловой энергии.

Среди разнообразных адаптации к температурному фактору наи­более совершенные приспособления свойственны высокоорганизован­ным представителям нашей планеты.

В зависимости от типа адаптации к изменяющимся температур­ным условиям среды выделяют две группы животных: пойкилотермные и гомойогермные, а кроме того- гетеротермные.

Пойкилотермные животные используют для поддержания своей жизнедеятельности, главным образом, внешние источники тепла (эктотермные животные). Температура их тела непостоянна и зависит от температуры внешней среды. Они отличаются низкой интенсивнос­тью обмена веществ и примитивными механизмами терморегуляции. К пойкилотермным относятся все беспозвоночные, а также рыбы, земно­водные и пресмыкающиеся. У многих из них температура тела лишь на 1-2°С выше температуры внешней среды или равна ей. Некоторые эктотермы выработали морфофизиологические адаптации для регулиро­вания температуры тела. Например, пустынные насекомые обычно покрыты белыми чешуйками для отражения тепла. Многие виды эктотермов используют для терморегуляции поведенческие реакции. На­пример, рептилии пустыни в утренние часы разогреваются на откры­тых хорошо освещаемых солнцем участках. В середине дня они зары­ваются в песок или забираются на ветви кустарника, где температура на несколько градусов ниже, чем на открытых участках.

При значительном отклонении температуры внешней среды от зоны оптимума пойкилотермные животные впадают в оцепенение. Они становятся неподвижными, прекращают питаться, газообмен и другие физиологические процессы у них резко замедляются. В таком неактивном состоянии эти животные могут пребывать в течение дли­тельного времени, пока условия жизни для них остаются неблагоп­риятными.

Большинство животных, впадающих в оцепенение, способно бла­годаря наличию у них специальных защитных механизмов, к пере­охлаждению, т.е. к понижению температуры ниже 0°С без образования льда в тканях. Это достигается повышением осмотического давление внутренних жидкостей в результате прогрессирующего обезвожива­ния, а также за счет накопления веществ, предотвращающих образование кристаллов льда, например глицерина, который может понижать точку замерзания жидкостей до -20°С.

Благодаря таким адаптациям некоторые пойкилотермные орга­низмы могут выдерживать охлаждение до температуры ниже -70°С. На физиологическое состояние организма в процессе охлаждения существенное влияние оказывает скорость понижения температуры. При медленном охлаждении образующиеся кристаллы льда разру­шают клеточные структуры и вызывают гибель организма. В случае быстрого охлаждения центры кристаллизации не успевают образо­ваться и формируется стекловидная структура, в результате чего клет­ки остаются неповрежденными. Состояние временной обратимой остановки жизни, вызванное глубоким охлаждением, получило назва­ние анабиоза. Гомойотермные организмы имеют постоянную темпера туру тела, для поддержания которой расходуют много энергии. Уровень обменных процессов у них 20-30 раз выше, чем у эктотермов та­ких же размеров. Постоянная температура тела эндотермов, значения которой обычно находятся между +35° и +40°С, поддерживается бла­годаря использованию специальных механизмов регуляции уровня теплопродукции и теплоотдачи. По мере удаления от зоны температурного оптимума гомойотермные организмы для поддержа­ния постоянной температуры тела расходуют все больше энергии. Когда затраты энергии превысят ее пополнение, эндотермы погибают.

К температуре как первичному периодическому фактору гомойо­термные организмы в ходе эволюции выработали разнообразные адаптации: морфологические, физиологические, этологические и др. Морфологические адаптации, в частности, проявляются в том, что виды животных, обитающие в холодном климате, крупнее, чем осо­би близких видов, распространенные в более теплых районах (пра­вило Бергмана). Например, уссурийский тигр, полярный волк, песец соответственно крупнее индийского тигра, красного южноазиатско­го волка, пустынной лисицы. Это объясняется тем, что с увеличени­ем размеров животного уменьшается его удельная поверхность (по­верхность, приходящаяся на единицу массы) и, следовательно, сни­жаются потери тепла в результате теплоотдачи. Отражением этой закономерности является и правило Аллена, согласно которому у млекопитающих, живущих в районах с холодным климатом, наблюда­ется значительное уменьшение поверхности ушей и хвоста, их шея и лапы становятся короче, а форма тела - более приземистой. Благодаря этому удельная поверхность тела и теплоотдача также уменьшаются.

Этологические адаптации выражаются в выработке инстинктов миграции (птицы, млекопитающие), сезонных изменениях активно­сти (спячка многих грызунов, медведей и других животных)