3. Температура — как экологический фактор

Температура — один из основных экологических факторов. Оттемпературы окружающей среды зависит температура организмов, а,следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обменвеществ. В основном живые организмы способны жить при температуре от0 до +50° С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток.

Однако существующие организмы, обладаю

специализированными ферментными системами, что обеспечивает имвозможность активного существования при температуре тела, выходящейза указанные пределы.

Верхним температурным пределом жизни является 120-140°С(близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии). нижним - минус 190 -273° С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

По отношению к температуре как экологическому фактору всеорганизмы подразделяются на две группы: холодолюбивые итеплолюбивые.

Холодолюбивые организмы, или криофилы, способны жить вусловиях сравнительно низких температур и не выносят высоких.Криофилы могут сохранять активность при температуре клеток до -8, -10°С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном состоянии.Криофилия характерно для представителей разных групп, например, длябактерий, грибов, моллюсков, членистоногих, червей и др. Криофилынаселяют холодные и умеренные зоны.

В лабораторных экспериментах семена, споры и пыльца растений,коловратки, нематоды, цисты простейших после обезвоживания переносяттемпературы, близкие к абсолютному нулю, до -271,16°С, возвращаясьпосте этою к активной жизни. Приостановка всех жизненных процессов

организма называется анабиозом. Из состояния анабиоза живые организмывозвращаются к нормальной жизни при условии, если не была нарушенаструктура макромолекул в их клетках.

У теплолюбивых, или термофилов, жизнедеятельность приурочена кусловиям довольно высоких температур. Это преимущественно обитателижарких, тропических районов Земли. Среди многочисленныхбеспозвоночных (насекомые, паукообразные, моллюски, черви), холодно-и теплокровных позвоночных имеется много видов, обитающихисключительно в тропиках. Настоящими термофилами являются растенияжарких тропических районов. Они не переносят низких температур инередко гибнут уже при 0° С, хотя физического замораживания их тканейи не происходит. Причинами гибели обычно являются нарушение обменавеществ, подавление физиологических процессов, приводящих кобразованию в растениях не свойственных им продуктов, в том числе ивредных, вызывающих отравление.

Многие организмы обладают способностью переносить оченьвысокие температуры. Например, пресмыкающиеся, некоторые видыжуков и бабочек, выдерживают температуру до 45-50°С. В горячихисточниках Калифорнии при температуре 52° С обитает рыбка - пятнистыйципринодои, в водах горячих ключей на Камчатке постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75-80^сС, верблюжья колючкапереносит нагревание воздуха до 70° С.

Таким образом, общие закономерности воздействия температуры наживые организмы проявляются в их способности существовать вопределенном диапазоне температур. Этот диапазон ограничен нижнейлетальной (смертельной) и верхней летальной температурой.

Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности ироста, называется оптимальной.

Температурный оптимум большинства живых организмов находитсяв пределах 20-25°С, и лишь у обитателей жарких, сухих районовтемпературный оптимум жизнедеятельности находится несколько выше25-28^сС. Например, некоторые прямокрылые (кузнечики) проявляютполученную активность в условиях пустыней Палестины при температуре40 С И выше.

Для организмов умеренных и холодных зон России оптимальнытемпературы от 10 до 20°С, Так, у ветреницы дубравной процессфотосинтеза наиболее интенсивно протекает при 10° С.

В зависимости от ширины интервала температуры, в которой данныйвид может существовать, организмы делятся на эвритермные истенотермные. Эвритермные организмы выдерживают широкие колебаниятемпературы, стенотермные - живут лишь в узких пределах.

Температурный оптимум живых организмов зависит и от другихэкологических факторов. Установлено, что при полном освещении иизбытке углекислого газа в воздухе оптимальная температура фотосинтеза30°С, а при слабом освещении и недостатке углекислого газа она

снижается до 10^е С.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различныеформы адаптации к температуре, среди них морфологические,биохимические, физиологические, поведенческие и т.п. Растения не имеютсобственной температуры тела и по отношению к тепловому факторуобладают определенной спецификой. Одно из важнейших приспособленийк температуре у растений - форма их роста. Там, где тепла мало - вАрктике, в высокогорье, - много подушковидных растений, растений сприкорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Так, у стланцевыхформ карликовой березы, ели, можжевельника и кедровника верхниеветви, поднимающиеся высоко над землей, большей частью полумертвыеили мертвые, а стелющиеся - живые, так как зимуют под снегом и неподвергаются отрицательному воздействию низких температур. Все этопозволяет растениям улавливать максимум тепла солнечных лучей, атакже использовать тепло нагретой поверхности почвы.

У животных морфологические адаптации к температурепрослеживаются четко. Под действием теплового фактора у животныхформируются такие морфологические признаки, как отражательнаяповерхность тела, пуховой, перьевой и шерстный покровы у птиц имлекопитающих, жировые отложения. Большинство насекомых в Арктикеи высоко в горах имеет темную окраску. Это способствует усиленномупоглощению солнечного тепла. Темный пигмент яиц многих водныхживотных выполняет ту же функцию. Эндотермные животные, обитающиев холодных областях (полярные медведи, киты и др.), имеют, как правило,крупные размеры, тогда как обитатели жарких стран (например, многиенасекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам.

Биохимическая адаптация живых организмов к температурепроявляется, прежде всего, в изменении физико-химического состояниявеществ, содержащихся в клетках и тканях. Так, при адаптации к низкимтемпературам в клетках растения благодаря увеличению запасапластических веществ повышается концентрация растворов, увеличиваетсяосмотическое давление клеточного сока, уменьшается содержаниесвободной воды, не связанной в коллоиды. И это очень важно, так как"связанная" вода трудно испаряется и замерзает, слабо отжимается поддавлением, обладает большой плотностью и в значительной степениутрачивает свойство растворителя. Она становится кристаллической поструктуре и в то же время сохраняет жидкое состояние. Между частицамицитоплазмы и водой устанавливается единство структуры,обеспечивающее ей, таким образом, вхождение в структуру макромолекул

белков и нуклеиновых кислот. В таком состоянии ее трудно заморозить,перевести в твердое состояние.

Важным приспособлением к низким температурам является иотложение запасных питательных веществ в виде высокоэнергетическихсоединений - жира, масла, гликогена и др.

К тканевым механизмам приспособления к действию низкихтемператур относится своеобразное распределение резервныхэнергетических веществ в теле организма. У животных, и в первуюочередь, обитателей полярных областей, с понижением температурывозрастает содержание гликогена в печени, повышается содержаниеаскорбиновой кислоты в тканях почек. У млекопитающих большоескопление питательных веществ наблюдается в бурой жировой ткани внепосредственной близости от жизненно важных органов - сердца испинного мозга - и имеет приспособительный характер. В митохондрияхклеток этой ткани при клеточном дыхании не синтезируется АТФ, а всяэнергия рассеивается в виде тепла.

Многие животные к зиме накапливают жир, и подкожный жировойслой обеспечивает теплоизоляцию. У ряда животных в выступающих или-поверхностных частях тела (лапы некоторых птиц, ласты китов) естьзамечательное приспособление под названием "чудесная сеть". Этосплетение сосудов, в котором вены тесно прижаты к артериям. Кровь,текущая по артериям, отдает тепло венам, оно возвращается к телу, аартериальная кровь поступает к конечностям охлажденной. Конечности,по существу, пойкилотермы, зато температуру остального тела можноподдерживать с меньшими затратами энергии. На основе физиологическихпроцессов многие организмы способны в определенных пределах менятьтемпературу своего тела. Это способность называется терморегуляцией.

Поддерживать температуре тела на постоянном уровне животнымпомогает испарение жидкости с поверхности тела при высокихтемпературах окружающей среды. У человека для этого служитпотоотделение, у собак и многих птиц - учащенное дыхание. Некоторыесумчатые в жару обмазывают шкуру обильной слюной.

Среди пойкилотермных животных некоторые также способны ктерморегуляции при определенных условиях. Шмели, бражники, крупныевараны, отдельные виды рыб, например, тунцы, могут повышатьтемпературу тела в периоды высокой мышечной активности.

У животных есть разнообразные поведенческие адаптации ктемпературе. Они проявляются в перемещении животных в места с болееблагоприятными температурами (перелеты, миграции), в измененияхсроков активности, сдвигая ее на более светлое время суток.

При понижении температуры воздуха многие животные переходятна питание более калорийной пищей. Важное место в преодоленииотрицательного воздействия низких температур, особенно в зимнийпериод, занимает выбор животными места для жилища, утеплениеубежищ.

Таким образом, можно выделить три основных пути приспособленияживотных организмов к воздействию неблагоприятной температуры:

1. Активный путь - усиление сопротивляемости, развитиерегуляторных способностей, дающих возможность осуществленияжизненных функций организма, несмотря на отклонения температуры отоптимума.

2. Пассивный путь - это подчинение жизненных функций организмаходу внешних температур.

3. Избегание неблагоприятных температурных воздействий - общийспособ для всех организмов. Выработка жизненных циклов, когданаиболее уязвимые стадии развития проходят в самые благоприятные потемпературным условиям периоды года.