Всеки организъм живее, развива се и се възпроизвежда ефективно само в определен диапазон от температури на околната среда. На температурна скалаПо този начин е възможно да се посочат две точки, които определят зоната на живот на даден вид, наречена зона на толерантност към температурата, и зоната със смъртоносни температури, която е извън зоната на толерантност. Точките, които ограничават зоната на температурен толеранс, се наричат критични. Те се определят въз основа на данни за смъртността на индивидите на границата на зоната на толерантност. В границите на зоната на толерантност към температурата и извън нея има редица характерни прояви или реакции на тялото. Центърът на зоната на толеранс е топлинният оптимум, в рамките на който всички жизненоважни процеси протичат най -икономично. В зона с високи температури се появява явлението температурно изтръпване. По -нататъшното повишаване на температурата води до прегряване на тялото и неговата смърт. При температури под оптималните, тялото навлиза в неблагоприятна зона, където се получава изтръпване от студа. По -нататъшното понижаване на температурата, по -специално преминаването през 00, причинява хипотермия на телесните течности от самото начало, след което, в зависимост от степента на концентрация на сол в тези течности, тялото достига критична температурна точка. В този момент започва замразяването на телесните течности и телесната температура се повишава за кратко от началото, след което телесните течности замръзват бавно и тялото преминава в състояние на спряна анимация. Пълното замразяване на телесните течности води до смърт. Смъртоносният ефект от ниските температури зависи от етапа на развитие на организма.
При хората нормалната жизнена активност е възможна в диапазона само на няколко градуса: понижаването на телесната температура под 360C и повишаването над 40-410C е опасно и може да има сериозни последици за тялото (замръзване, топлинен удар).
Усещането за температурата на околната среда зависи от температурата на кожата, която при температура на околната среда 32-350C не усеща нито хипотермия, нито прегряване. Възприемането на температурните условия на околната среда е свързано с циркадния ритъм на човешкия метаболизъм и свързаните с него условия. Температурната зона на комфорт за човек е 17-270C. Субективното усещане за климатичен комфорт е свързано с нивото на човешката дейност, температурата на радиация, облеклото, температурата на въздуха и относителната влажност и скоростта на вятъра. В апартаменти, където движението на въздуха не е от голямо значение, условията за топлообмен и човешкото благосъстояние се определят от температурата и влажността. Високата влажност на въздуха компенсира по -ниската температура.
Температурата на околната среда, влияеща върху тялото чрез рецепторите на телесната повърхност, променя посоката на много физиологични механизми на тялото. Намаляването на температурата е придружено от повишаване на възбудимостта. нервна система, както и повишена секреция на надбъбречни хормони. Нивото на основния метаболизъм се увеличава. Общата и локална хипотермия причинява втрисане на кожата и лигавиците, възпаление на стените на кръвоносните съдове и нервните стволове. Охлаждането с изпотяване, резките температурни промени и дълбокото охлаждане на вътрешните органи водят до настинки.
Ефектът на ниските температури върху човек се усилва от действието на вятъра. Комбинираното действие на вятъра и студа е особено податливо на ръцете и краката, които често са отворени дори при условия сурова зима... От трите части на лицето: челото, бузите и носа, челото е най -чувствителното, което при нормални условия е едно от най -топлите участъци от повърхността на тялото.
Адаптацията към студа при хората се осигурява по различни начини. Критичната температура за европеец без дрехи е в диапазона от 270 до 290C. Когато температурата падне под критичната стойност, европеецът реагира чрез увеличаване на метаболизма. Въпреки това коренното население на Австралия, особено в централната и южните части, спят през нощта, без да покриват телата си. През нощта хипотермия при спящи местни жители настъпва изолация хипотермия. Състои се в охлаждане на телесната повърхност с няколко градуса без метаболитни реакции, което води до намаляване на топлинните загуби. Тази адаптация обаче липсва сред ескимосите, живеещи в най -студените арктически райони. Характеризират се с метаболитни адаптации от европейски тип. Това се дължи на естеството на облеклото, което в идеалния случай предпазва тялото им от околната температура, достигайки -50C.
Така при хората, когато се адаптират към студа, се пренареждат различни видове метаболизъм, а надбъбречните жлези остават хипертрофирани. Повърхностният слой на откритите участъци от кожата става по -плътен, мастният слой се увеличава и кафявата мазнина се отлага на охладени места. Всички физиологични системи на тялото участват в реакцията на адаптация към студа. Общият метаболизъм се увеличава, функцията на щитовидната жлеза, кръвообращението на мозъка, сърдечния мускул, черния дроб се увеличава, количеството на катехоламините се увеличава. Това усилване на метаболитните реакции създава резерв за съществуването на организма при ниски температури.
Когато температурата се повиши, основният метаболизъм на човек намалява. Дихателната и сърдечно -съдовата система реагират първи. Значително повишаване на температурата причинява разширяване на периферните кръвоносни съдове, повишена сърдечна честота и дишане, увеличен минутен кръвен обем и понижено кръвно налягане. Притока на кръв в мускулите и вътре вътрешни органинамалява. Възбудимостта на нервната система също спада.
Човешката устойчивост на топлина е много по -висока, отколкото на студ, поради производството на пот. Този процес може да премахне енергия от човешкото тяло, което е 14 пъти повече от количеството, произведено по време на метаболизма в покой. По този начин ефективността на терморегулацията чрез производството на пот е огромна.
Когато температурата на околната среда внезапно се повиши, човешкото тяло реагира с отпускане и невъзможността да изпълнява задачи, които обикновено се извършват при малко по -ниски температури. Има желание да се отървете от дрехите, силно изпотяване и повишена раздразнителност. Адаптацията към повишена температура обикновено продължава няколко дни и се състои в повишаване на телесната температура, забавяне на ритъма на сърдечната дейност и увеличаване на изпотяването.
Ако температурата на околната среда достигне 27-380C (кръвна температура), преносът на топлина се извършва главно поради изпотяване. Ако стане трудно при висока влажност на околната среда, тялото се прегрява. Това е придружено от повишаване на телесната температура, нарушение на метаболизма на входящата сол и витаминния баланс. Настъпва образуването на недостатъчно окислени метаболитни продукти. Кръвта започва да се сгъстява. Прегряването може да доведе до проблеми с кръвообращението и дишането. Първо има повишаване, а след това спад на кръвното налягане. При многократно излагане на високи температури се наблюдава повишаване на толерантността към топлинни фактори. Промяната на температурата на околната среда далеч от зоната на топлинен комфорт в случай на повреда чрез адаптация е придружена от нарушение на процесите на саморегулация и появата на патологични реакции.
Основната форма на защита на тялото от прегряване е хладното облекло - леко, добре проветриво, дълго, с гънки. Намалява усвояването на радиационната енергия наполовина и загубата на вода с до 2/3.
За да се предпазят от температурния фактор в структурата на много животни, има специални устройства. Така че при редица насекоми дебелото покритие от косми в гръдната област осигурява добра топлоизолация: между космите има слой неподвижен въздух, който намалява топлопреминаването. Рибата тон може да поддържа температурата на мускулите си с 8 - 10 0 C по -висока от температурата на водата поради наличието на специални топлообменници - тясно преплитане на артериални и венозни капиляри, в които вените идват от хрилете и от мускулите до хрилете се разпадат. Първите носят кръв, охладена от вода, вторите - затоплени от работещи мускули. В топлообменника венозната кръв отделя топлина на артериалната кръв, което допринася за поддържане на по -висока температура в мускулите. Имам водни бозайнициДебел слой подкожна мазнина служи като топлоизолация, а в полярната мечка в допълнение, вълна, която е водоустойчива за кожата. При водолюбивите птици перата, намазани с грес, играят същата роля.
Големият немски зоолог и основател на световноизвестната Хамбургска зоологическа градина К. Хакенбек разказва за това колко голямо е значението на този смазочен материал. Той обичаше животните от детството си. Един ден баща му му даде няколко диви патицис отрязани крила, за да не могат да отлетят. И малкият Карл ги остави да плуват в метален резервоар. Но резервоарът се оказа изпод мазута, в който патиците бяха размазани от главата до петите. Виждайки такова разстройство, момчето старателно измива патиците с топла вода и сапун и ги оставя да плуват в друг чист резервоар. На следващата сутрин всички патици лежаха мъртви на дъното: топла водаи сапунът премахна не само мазута, но и цялата мазнина, в резултат на което патиците се преохладиха и умряха.
Вече знаем, че хомеотермичните животни могат да поддържат телесната температура в много по -широк диапазон от температури, отколкото пойкилотермичните животни, но и двете умират при приблизително еднакви прекалено високи или прекалено ниски температури. Но докато това не се случи, докато температурата достигне критични стойности, тялото се бори да я поддържа нормална или поне близо до нормално ниво... Естествено, това е напълно характерно за хомоиотермалните организми, притежаващи терморегулация и способни, в зависимост от условията, да засилят или отслабят както производството на топлина, така и топлопредаването. Топлообменът е чисто физиологичен процес, протича на ниво органи и организъм, а производството на топлина се основава на физиологични, химични и молекулярни механизми. На първо място, това е студ, студена тръпка, т.е. малки контракции на скелетните мускули с ниска ефективност и повишено генериране на топлина. Организмът включва този механизъм автоматично, рефлекторно. Ефектът му може да бъде увеличен чрез активна доброволна мускулна дейност, която също засилва производството на топлина. Неслучайно прибягваме до движение, за да се затоплим.
В хомеотермите има възможност за генериране на топлина дори без мускулна контракция. Това се случва главно в мускулите, както и в черния дроб и други органи, както следва. По време на транспортирането на електрони и протони по дихателната верига енергията на окислените вещества не се разсейва под формата на топлина, а се улавя под формата на образуваните макроергични съединения, които осигуряват ресинтеза на АТФ. Ефективността на този процес, открита от изключителния биохимик В.А. Engelhardt и наречено респираторно фосфорилиране, се измерва чрез съотношението P / O, което показва колко фосфорни атоми са включени в АТФ за всеки кислороден атом, използван от митохондриите. При нормални условия, в зависимост от това какво вещество се окислява, този коефициент се дели на две или три. Когато тялото се охлади, окислението и фосфорилирането са частично разединени. Някои други части от окислените вещества навлизат по пътя на „свободното“ окисляване, в резултат на което образуването на АТФ намалява и отделянето на топлина се увеличава. В този случай, разбира се, съотношението P / O намалява. Това разделяне се постига чрез действието на хормона на щитовидната жлеза и свободните мастни киселини, в увеличени количества, влизащи в кръвния поток и пренасяни от него до мускулите и другите органи. С повишаване на външната температура, напротив, конюгацията на окисляване и фосфорилиране се увеличава, докато производството на топлина намалява.
В допълнение към мускулите и черния дроб, за които генерирането на топлина не е основна, а странична функция, в тялото на бозайниците има и специален орган за производство на топлина - кафява мастна тъкан. Намира се близо до сърцето и по пътя на кръвта към жизненоважна важни органи: сърце, мозък, бъбреци. Клетките му са изключително богати на митохондрии, а окисляването на мастните киселини е много интензивно в тях. Но това не е свързано с фосфорилиране на ADP и енергията на окислените вещества се освобождава от тях "под формата на топлина. Адреналинът е усилвател на окислителните процеси в кафявата мастна тъкан, а разклонителят на дишането и фосфорилирането се образува в него в големи количествамастна киселина.
Интересен механизъм за поддържане на мускулната температура наскоро беше открит при пчелите от известния английски биохимик Е. Нюсхолм. При всички животни фруктозният фосфат, образуван в процеса на гликолиза, добавяйки друга частица фосфорна киселина от АТФ, се превръща в фруктоза дифосфат, който допълнително се насочва към пътя на анаеробното окисляване. При пчелите се разделя на фруктоза-6-фосфат и фосфорна киселина с отделяне на топлина: F-6-F + ATP->-PDF + ADP; FDF-> F-6-F + K3PO4- f - топлина, която добавя към реакцията ATP -> - ADP -~ H3PO4+ топло. Факт е, че за разлика от други животни, при пчелите, фруктозодифосфатите не се потискат от продуктите на разграждането на АТФ. В резултат на това пчелите достигат температурна разлика между мускулите и околната среда от порядъка на 8-20 ° C, което им позволява да се движат активно и да се хранят в хладно време, неблагоприятно за други насекоми.
Хормоните също играят важна роля при спешното адаптиране към температурните промени в хомеотермите. При ниски температури в кръвта се отделя повишено количество адреналин, стимулиращо мобилизирането на глюкоза и мастни киселини и интензивността на окислителните процеси. В кръвта глюкокортикоидите се освобождават от връзката с протеините и след това новото им навлизане в кръвта от кората на надбъбречните жлези. Те повишават чувствителността на периферните адренергични рецептори, като по този начин засилват ефекта на адреналина. Активира се активността на щитовидната жлеза, чиито хормони причиняват частична дисоциация на дишането и фосфорилирането в митохондриите на мускулите и черния дроб, увеличавайки производството на топлина. Под действието на високи температури интензивността на окислителните процеси и генерирането на топлина намаляват, а преносът на топлина се увеличава. Но всичко това е добро за спешна, краткосрочна адаптация на организма и дори би било вредно за него при продължителна промяна в температурните условия. Всъщност, ако животните, живеещи при ниски температури, се предпазват от тях, например само от студени тръпки, не е известно как биха могли да водят активен живот, да получат храна, да избягат от врагове и т.н. Това означава, че при дългосрочна адаптация към определена температура, адаптивните механизми трябва да бъдат различни: да се осигури нормалното съществуване на организма при тези условия.
За да настъпи химическа реакция, трябва да възникне напрежение или деформация и отслабване на връзките в молекулите на реагиращите вещества. Енергията, необходима за това, се нарича енергия на активиране. Повишаването на температурата с 10 0 C увеличава скоростта на реакцията с 2-3 пъти поради увеличаване на броя на активираните молекули. С понижаване на температурата се наблюдават промени в обратен ред. Ако тялото стриктно спазваше този закон, тогава, когато температурата на околната среда се промени, то щеше да се окаже в много трудно положение: ниските температури ще забавят метаболитните реакции толкова много, че жизнените функции не могат да протичат нормално, а при високи температури те ще ускорява прекомерно. Всъщност виждаме нещо съвсем различно. Така че, в рибите, адаптирани към високи и ниски температури, разликите в интензивността на метаболизма не са много големи и са доста сравними. С други думи, метаболитните реакции при тези видове имат различен температурен оптимум. Например при миещо куче скоростта на метаболизма е най -ниска при 15 ° C и от двете страни на тази точка се увеличава. Температурата на тялото в амплитуда от 35 0 C остава почти постоянна. Това означава, че температурните условия за протичането на метаболитните реакции в този диапазон остават оптимални. При сравняване на два тясно свързани вида животни, но живеещи в различни условия, виждаме, че постоянството на скоростта на метаболизма и телесната температура в голям диапазон от околните температури е много по -добре изразено при лисицата, отколкото при лисицата. Какво е интересно: скоростта на метаболизма с намаляване температура на околната средане намалява, но остава на постоянно ниво или се увеличава, докато според химическите закони би трябвало да е обратното. Такава възможност се отваря пред живите организми, тъй като всички метаболитни реакции са ензимни. И същността на действието на ензимите е, че те рязко намаляват енергията на активиране на реагиращите молекули. Освен това, в зависимост от условията на околната среда, те могат да променят редица свои свойства: каталитична активност, оптимална температура и киселинност и степента на афинитет към субстрата. Следователно причините за способността на организма да „избягва“ от химическите закони трябва да се търсят в промените в ензимните протеини.
Тези промени във връзка с адаптацията към температурния фактор могат да преминат по три пътя: увеличаване или намаляване на броя на молекулите на даден ензим в клетката, промяна на набора от ензими в нея, както и свойствата и активността на ензимите. Първият начин има свои причини. В края на краищата, всяка ензимна молекула във всеки един момент може да взаимодейства с една субстратна молекула. Следователно, колкото повече ензимни молекули в клетката, толкова по -значителен ще бъде добивът на реакционните продукти и колкото по -малък ще бъде, толкова по -нисък ще бъде добивът. Това до известна степен може да компенсира понижаването на температурата или увеличаването на метаболизма. Но тази компенсация е ограничена както от възможността за синтез на ензими, така и от пространствени съображения. Клетка тезиможе да побере твърде много нови ензимни макромолекули. Независимо от това, вече има твърдо установени данни, че при адаптиране към студа активността и съдържанието в мускулите на такива важни ензими за аеробно окисляване като сукцинат дехидрогеназа и цитохром оксидаза се увеличават.
Несъмнено вторият път е по -ефективен, определен от потискането на синтеза на някои ензими и индуцирането на синтеза на други. Това се отнася предимно за изоензимите. Ензимът лактат дехидрогеназа има пет изоформи. В този случай изоензимът II4по -значително намалява енергията на активиране от М 4. Следователно, когато се адаптира към ниски температури, първият се синтезира в по -голяма степен, а вторият се синтезира до високи температури. Ензимът на холинестеразата на нервната система има две изоформи с различни възможности за намаляване на енергията на активиране. Изследването на мозъка на дъгата и орела, което се е адаптирало към различни температурни условия, показва, че когато се адаптира към температура от 2 0 C, изоензим I присъства изключително, до температура от 17 0 G, изоензим II и в тези, които живеят на 12 0 G, и двете изоформи. Това важи и за сезонните промени: през зимата се синтезира главно изоформа I, а през лятото изоформа II.
Третият начин на адаптация е преди всичко промяна в афинитета на ензима към субстрата. Това се основава на промени във висшите структури на ензимните протеини и свойствата на техните активни центрове. В същото време способността им да свързват субстрата, образувайки ензимно-субстратен комплекс, се увеличава или намалява. Непосредствените причини за пренареждането са промени в електростатичните свойства на активния център, степента на дисоциация на атомни групи, участващи в свързването на субстрата, йонната среда на активния център и промяна в неговата пространствена форма. Промените в температурната зависимост на ензимната активност могат да се дължат и на добавянето на различни алостерични ефектори към техните молекули: протеини, фосфолипиди, неорганични йони и др. С фосфолипиди. Ензимът се изолира в чиста форма и се освобождава от фосфо-липиди. И в двете групи структурата му беше абсолютно еднаква, а активността - под максимума. След това фосфолипиди от "Студ"И" топли "митохондрии. Първият активира ензима повече от втория. Анализът на фосфолипидите показа, че в СтудВ митохондриите мастните киселини на фосфолипидите са най -наситени. Възможно е това vтова е причината за намаляване на степента на конюгация на дишането и фосфора при адаптиране към студа и увеличаване при адаптиране към високи температури.
Коригирането на температурните условия не се ограничава до промени в областта на ензимните системи, въпреки че те са в основата. При адаптиране към ниски температури съдържанието на CP се увеличава в мускулите, а в мастните депа - резервни мазнини, които служат както за високоефективен източник на енергия, така и за топлоизолатор. Във фосфолипидите на клетъчните мембрани се увеличава съдържанието на ненаситени и полиненаситени мастни киселини, което предотвратява втвърдяването им при ниски температури. И накрая, при животни, способни да издържат на много ниски температури, са открити биологични антифризи в кръвта, тъканните течности и клетките, които предотвратяват замръзването на вътреклетъчната вода. Първо са изолирани от антарктически риби - нототения и трематомус. По своята природа те са гликопротеини, т.е. съединения на галактозна захар с протеин. Свързващото звено е азот-съдържаща база acetp лха лактоза ai. Тяхната ММ може да достигне 21 500 и те се характеризират с високо съдържание на хидроксилни групи, които намаляват възможностите за взаимодействие между молекулите на водата и образуването на лед. Колкото по -ниски температури среща тялото, толкова по -високо е съдържанието на антифриз. През лятото е по -малко, а през зимата повече. При арктическите насекоми глицеринът, който също е богат на хидроксилни групи, играе ролята на антифриз. В хемолимфата и тъканите на тези животни съдържанието на глицерол се увеличава с намаляване температура.
Температурата на poikilotherms се променя след температурата на околната среда. Те са предимно извънматочни; те не генерират и задържат собствена топлина, за да издържат на топлинния режим на техните местообитания. В тази връзка се прилагат два основни начина на адаптация: специализация и толерантност.
Специализираните видове са стенотермични; те са адаптирани към живота в райони на биосферата, където температурните колебания възникват само в тесни граници. Излизането извън тези граници е разрушително за тях. Например някои едноклетъчни водораслиразвиващи се в планински ледници на повърхността на топящ се лед, умират при температури над + (3-5) ° С. Растенията в тропическите гори не са в състояние да издържат на температурни спадове до + (5-8) ° С. Кораловите полипи живеят само в температурния диапазон на водата от +20,5 до +30 ° C, т.е. тропически поясокеан. Морската краставица Elpidia glacialis живее при температури на водата от 0 до +1 ° C и не издържа отклонение от този режим с една -единствена степен.
Друг начин за адаптация на пойкилотермичните видове е развитието на клетъчна и тъканна резистентност към широки температурни колебания, характерни за по -голямата част от биосферата. Този път е свързан с периодично инхибиране на метаболизма и преминаване на организмите в латентно състояние, когато температурата на околната среда силно се отклонява от оптималната.
Ефективни температури за развитието на пойкилотермични организми.Зависимостта на темповете на растеж и развитие от външните температури прави възможно изчисляването на преминаването кръговат на животавидове при специфични условия. След потискане на студа нормалният метаболизъм се възстановява за всеки вид при определена температура, която се нарича температурен праг на развитие, или биологична нула на развитие. Как повече температурасредата надвишава прага, колкото по -интензивно протича развитието и следователно, колкото по -бързо преминават отделните етапи и целият жизнен цикъл на организма (фиг. 13).
Ориз. 13. Състоянието на попови лъжички, развиващи се при различни температури 3 дни след оплождането на яйцеклетката (според S.A. Zernov, 1949)
За да приложат генетичната програма за развитие, пойкилотермните организми трябва да получат определено количество топлина отвън. Тази топлина се измерва чрез сумата ефективни температури... Под ефективна температура разбират разликата между температурата на околната среда и температурния праг за развитие на организмите. За всеки вид тя има горни граници, тъй като твърде високите температури вече не стимулират, а инхибират развитието.
Както прагът на развитие, така и сумата от ефективните температури са различни за всеки вид. Те зависят от историческата адаптация към условията на живот. За семена от растения с умерен климат, например грах, детелина, прагът на развитие е нисък: покълването им започва при температура на почвата от 0 до +1 ° C; по -южните култури - царевица и просо - започват да покълват едва при + (8-10) ° С, а семената финикова палмаза да започне развитието, почвата трябва да се затопли до +30 ° C.
Сумата от ефективните температури се изчислява по формулата
X = (T - C) t,
където х- сумата от ефективните температури; T- температура на околната среда, С- температурата на прага на развитие и T- броя на часовете или дните с температура над прага за развитие.
Познавайки средния ход на температурите във всеки регион, е възможно да се изчисли появата на определена фаза или броят на възможните поколения от вида, който ни интересува. Така че, в климатичните условия на Северна Украйна, може да се размножи само едно поколение пеперуда от трева, а в южната част на Украйна - до три, което трябва да се вземе предвид при разработването на мерки за защита на градините от вредители. Времето на цъфтеж на растенията зависи от периода, през който те набират необходимата температура. За да цъфтят майка и мащеха близо до Санкт Петербург, сумата от ефективните температури е 77, вишна - 453, ягода - 500 и жълта акация - 700 ° C.
Сумата от ефективни температури, необходими за завършване на жизнения цикъл, често ограничава географското разпространение на даден вид. Например, северната граница на горската растителност приблизително съвпада с юлските изотерми на + (10-12) ° С. На север няма достатъчно топлина за развитието на дървета, а горската зона се заменя с безлесна тундра.
Изчисленията на ефективните температури са необходими в практиката на селското стопанство и горско стопанство, в борбата с вредителите, въвеждането на нови видове и пр. Те осигуряват първата, приблизителна основа за направата на прогнози. Разпределението и развитието на организмите обаче се влияят от много други фактори, поради което в действителност температурните зависимости се оказват по -сложни.
Температурна компенсация.Редица пойкилотермични видове, живеещи в условия на променливи температури, развиват способността да поддържат повече или по -малко постоянно ниво на метаболизъм в доста широк диапазон от промени на телесната температура. Това явление се нарича температурна компенсация и се дължи главно на биохимични адаптации. Например при мекотели по крайбрежието на Баренцово море, като гастроподи (Littorina littorea) и двучерупчести миди (Mytilus edulis), скоростта на метаболизма, оценена от консумацията на кислород, е почти независима от температурата в границите, с които се срещат мекотели ежедневно по време на отлив и отлив. През пролетния и летния период този диапазон достига над 20 ° C (+6 до +30 ° C), а през студена водаметаболизмът им е толкова интензивен, колкото на топъл въздух. Това се осигурява от действието на ензимите, които променят конфигурацията си с понижаване на температурата по такъв начин, че афинитетът им към субстрата се увеличава и реакциите протичат по -активно.
Други методи за температурно компенсиране са свързани със замяната на активни ензими със сходни функции, но работещи при различна температура (изоензими). Такива адаптации отнемат време, тъй като някои гени се инактивират, а други се включват, последвано от сглобяване на протеин. Подобен аклиматизация (изместване на оптималната температура) е в основата на сезонните пренареждания и се среща и при представители на широко разпространени видове в части от диапазона на различен климат. Например, в един от видовете хоби от Атлантически океанна ниски географски ширини Q10 има ниска стойност, а в студени северните водинараства при ниски температури и намалява при средни температури. Резултатът от тези компенсации е, че животните могат да поддържат относителна постоянство на активността, тъй като дори леко повишаване на температурата в критични точки засилва метаболитните процеси. Температурната компенсация за всеки тип е възможна само в определен температурен диапазон, но не над или под тази област.
Биохимичните адаптации, въпреки цялата им ефективност, не представляват основния механизъм за противодействие на неблагоприятни условия. Всъщност те често са „последна инстанция“ и се развиват еволюционно при видове само когато други методи, физиологични, морфо-анатомични или поведенчески, са невъзможни за избягване на екстремни влияния без преструктуриране на основната химия на клетките. Редица пойкилотермични организми имат способността частично да регулират топлообмена, тоест по някакъв начин да увеличават притока на топлина в тялото или да отстраняват излишъка му. По принцип тези адаптации се срещат при многоклетъчни растения или животни и всяка група има свои специфики.
Елементи на регулиране на температурата в растенията.Растенията произвеждат малко метаболитна топлина поради ефективния трансфер на химическа енергия от една форма в друга, така че ендотермията не може да се използва от тях за терморегулация. Като прикрепени организми, те трябва да съществуват при топлинния режим, който се създава в местата на растежа им. Съвпадението на температурите на тялото на растението и околната среда обаче трябва по -скоро да се разглежда като изключение, отколкото като правило, поради разликата в скоростите на внасяне и извеждане на топлина. Висшите растения от умерено студени и умерено топли зони са евритермални. Топлинният режим на растенията е силно променлив. Температурата на различните органи е различна, в зависимост от местоположението им спрямо падащите лъчи и различна степен на нагряване на въздушните слоеве (фиг. 14). Топлината на почвената повърхност и повърхностния въздушен слой е особено важна за тундрата и алпийските растения. Клякането, решетките и подобни на възглавници форми на растеж, прилепването на листата на розетки и полурозетни издънки към субстрата в арктически и алпийски растения може да се разглежда като адаптация към по -добро използванетоплина в условия, където тя е малка (фиг. 15).
Ориз. четиринадесет. Температура (в ° C) на различни растителни органи (от V. Larher, 1978).
В рамките на рамката се дава температурата на въздуха във височината на растението:
А - тундрово растение Novosieversia glacialis,
В - кактус Ferocactus wislisenii
Ориз. 15. Размахваме възглавницата на ареодите Kopet Dagh - Gypsophila (по К. П. Попов, Е. М. Сейфулин, 1994)
В дните с променлива облачност надземните органи на растенията изпитват резки спадове на температурата. Например, в ефемероида от сибирски дъб, когато облаците покрият слънцето, температурата на листата може да спадне от + (25-27) ° С до + (10-15) ° С, а след това, когато растенията са осветени от слънцето отново, изгрява до предишното ниво. V облачно времетемпературата на листата и цветята е близка до температурата на околната среда, но по -често е няколко градуса по -ниска поради транспирация. При много растения температурната разлика е забележима дори в рамките на един лист. Обикновено горната част и ръбовете на листата са по -студени, така че при охлаждане през нощта росата се кондензира и на тези места първо се образува слана. При нагряване слънчеви лъчитемпературата на растението може да бъде значително по -висока от температурата на околната среда. Понякога тази разлика достига повече от 20 ° C, както например при големи месести стъбла на пустинни кактуси или стволове на единични стоящи дървета.
Основното средство за разсейване на излишната топлина и предотвратяване на изгаряния е стомашна транспирация.Изпаряването на 1 g вода премахва около 583 калории (2438 J) от тялото на растението. Ако е горещо слънчево времесмажете с вазелин тази повърхност на листа, върху която се намират устицата, листът много бързо умира от прегряване и изгаря. Повишеното изпотяване с повишаване на околната температура охлажда растението. Този механизъм на терморегулация обаче е ефективен само при условия на достатъчно водоснабдяване, което рядко се случва в сухите райони.
Растенията също имат редица морфологична адаптация,насочени към предотвратяване на прегряване. Това се дължи на гъстото опушване на листата, разпръскване на част от слънчевите лъчи, лъскава повърхност, която допринася за тяхното отражение, и намаляване на повърхността, абсорбираща лъчите. Много зърнени култури, като пера от трева или власатка, нагряват листните плочи в тръба, в евкалипта листата са разположени с ръб към слънчевите лъчи, при някои растения в сухите райони листата са напълно или частично намалени (саксаули , кактуси, кактусова еуфория и др.).
При изключително студени условия някои морфологични особеностирастения. Основните са специални форми на растеж. Джуджетата и образуването на пълзящи форми позволяват да се използва микроклимата на повърхностния слой през лятото и да бъде защитен от снежна покривка през зимата. Растенията-възглавници са особени. Тяхната полусферична форма се създава поради плътно разклоняване и слаб растеж на леторастите. Листата са разположени само по периферията, в резултат на което се спестява общата повърхност на растението, чрез което се получава разсейване на топлината. Както знаете, от всички геометрични форми сферата има най-малкото съотношение повърхност към обем, което се реализира под формата на растение. Значителна част от студоустойчивите растения са с тъмен цвят, което помага за по-доброто абсорбиране на топлинните лъчи и затоплянето дори под сняг. В Антарктида през лятото температурата на тъмнокафявите лишеи е над 0 ° C, дори под слой сняг от 30 cm.
И транспирация,и морфологични адаптации,насочени към поддържане топлинен балансрастенията се подчиняват физически закониприродата и се позовават на начините физическа терморегулация. В растенията, въпреки че физическата терморегулация е представена от различни елементи, като цяло нейната ефективност е ниска и се простира само до няколко процента от общия топлинен поток през организмите. Тези елементи на терморегулация позволяват на растенията да оцелеят в условия, когато температурата на околната среда се доближава до основните критични стойности, но не може да стабилизира общия топлинен баланс. По -важни за растенията са физиологични механизми адаптация към температурата, повишаване на тяхната толерантност към студ или прегряване (натрупване на антифриз в клетките, падане на листа, смърт на въздушните части, намаляване на водата в клеткитеи др.).
В различните фази на онтогенезата изискванията за топлина са различни. V умеренпокълването на семената обикновено се случва при по -ниски температури от цъфтежа, а цъфтежът изисква по -висока температура от узряването на плодовете.
Според степента на адаптация на растенията към условия на изключителен топлинен дефицит могат да се разграничат три групи:
1) студоустойчиви растения- сериозно повредени или умъртвени при температури, които все още не са достигнали точката на замръзване на водата. Смъртта е свързана с инактивиране на ензими, нарушен метаболизъм на нуклеинови киселини и протеини, мембранна пропускливост и спиране на потока от асимилати. Това са тропически гори, водорасли от топли морета;
2) устойчиви на замръзване растения- издържат на ниски температури, но умират веднага щом ледът започне да се образува в тъканите. С настъпването на студения сезон концентрацията им се увеличава осмотично активни веществав клетъчния сок и цитоплазмата, което понижава точката на замръзване до - (5-7) ° C. Водата в клетките може да се охлажда под точката на замръзване без незабавно образуване на лед. Хипотермичното състояние е нестабилно и обикновено продължава няколко часа, което обаче позволява на растенията да понасят замръзване. Това са някои вечнозелени субтропични растения - лаври, лимони и др.;
3) ледоустойчив,или устойчиви на замръзване, растения- растат в райони със сезонен климат, със студени зими. По време на силни студове надземните органи на дървета и храсти замръзват, но въпреки това запазват своята жизнеспособност, тъй като в клетките кристален ледне се образува. Растенията са подготвени да издържат на замръзване постепенно, като се подлагат на предварително втвърдяване след края на растежните процеси. Втвърдяването се състои в натрупване на захари в клетките (до 20-30%), производни на въглехидрати, някои аминокиселини и други защитни вещества, които свързват водата. В този случай устойчивостта на клетките срещу замръзване се увеличава, тъй като свързана водапо -трудно е да се забави от ледените кристали, образувани в извънклетъчните пространства.
Размразяването в средата и особено в края на зимата причинява бързо намаляване на устойчивостта на растенията към замръзване. След края на зимния покой втвърдяването се губи. Пролетните студове, които идват внезапно, могат да увредят издънките, които са започнали да растат, и особено цветята, дори при устойчиви на замръзване растения.
Според степента на адаптация към високи температури могат да се разграничат следните групи растения:
1) нетоплоустойчиви растенияповредени вече при + (30-40) ° С (еукариотни водорасли, воден цъфтеж, сухоземни мезофити);
2) топлоустойчиви растенияпонасят половин час нагряване до + (50-60) ° С (растения от сухи местообитания със силна инсолация - степи, пустини, савани, сухи субтропици и др.).
Някои растения редовно са засегнати от пожари, когато температурата се повиши за кратко до стотици градуси. Пожарите са особено чести в савани, сухи твърдолистни гори и храстовидни храсталаци. Там се отличава група растения -пирофити,устойчиви на пожари. Дърветата на саваната имат дебела кора по стволовете, импрегнирана с огнеупорни вещества, които надеждно защитават вътрешните тъкани. Плодовете и семената на пирофитите имат дебели, често удължени обвивки, които се напукват при изгаряне от огън.
Възможности за регулиране на температурата при пойкилотермични животни.Най -важната характеристика на животните - тяхната мобилност, способността да се движат в космоса създава фундаментално нови адаптивни способности, включително и при терморегулацията. Животните активно избират местообитания с по -благоприятни условия.
За разлика от растенията, животните с мускули произвеждат много повече собствена вътрешна топлина. При свиване на мускулите се отделя значително повече топлинна енергия, отколкото при функционирането на други органи и тъкани, тъй като ефективността от използването на химическа енергия за мускулна работа е относително ниска. Колкото по -мощна и активна е мускулатурата, толкова повече топлина може да генерира животното. В сравнение с растенията, животните имат по -разнообразни възможности да регулират, постоянно или временно, собствената си телесна температура.
Пойкилотермичните животни обаче, подобно на растенията, остават извънматочни, тъй като общото ниво на техния метаболизъм не е толкова високо, че вътрешната топлина става достатъчна, за да затопли тялото. Например при температура +37 ° C пустинна игуана консумира 7 пъти по -малко кислород от гризачите със същия размер. Въпреки това, някои от пойкилотермните животни в състояние на активност са в състояние да поддържат телесната си температура по -висока, отколкото в околната среда. Например, нощните ястребови молци летят и се хранят с цветя дори при + 10 ° C. По време на полета температурата на гръдната област се поддържа на 40-41 ° C. Други насекоми могат да летят на студен въздух, като предварително затоплят летящите си мускули за излитане, например: скакалци, пчели, оси, пчели, големи нощни лъжички и пр. Пчелите събират нектар дори при +5 ° C, имайки телесна температура от 36-38 ° C ... Когато дейността спре, насекомите се охлаждат бързо. В някои случаи влечугите също могат да генерират топлина за отопление. Женската питон, обвиваща тялото си около съединителя, свивайки мускулите, е в състояние да повиши температурата с 5-6 ° C в диапазона на външните температури от +25 до +33 ° C. В същото време консумацията на кислород се увеличава почти 10 пъти до максималното ниво за влечугите. В по -хладен въздух змията става летаргична и неактивна.
Основните начини за регулиране на телесната температура при пойкилотермични животни са поведенчески: смяна на стойката, активно търсене на благоприятни местообитания, редица специализирани форми на поведение, насочени към създаване на микроклимат (копаене на дупки, изграждане на гнезда и др.).
Чрез промяна на позата животното може да увеличи или намали отоплението поради слънчевата радиация. Например пустинният скакалец излага широка странична повърхност на тялото на слънчевите лъчи в хладните сутрешни часове и тясна гръбна повърхност по обяд. Гущерите, дори високо в планините по време на нормални периоди на активност, могат да поддържат телесната температура, като използват пряка слънчева светлина и топлината на нагрятите скали. Според проучвания в Кавказ, на надморска височина от 4100 м, телесната температура на Lacerta agilis в пъти надвишава температурата на въздуха с 29 ° C, като се поддържа на ниво 32-36 ° C. При силна жега животните се крият на сянка, крият се в дупки, пукнатини и пр. В пустините през деня например някои видове гущери и змии се катерят по храстите или се забиват в по -малко нагряти слоеве пясък, като се избягва контакт с горещата земя повърхност. Гущерите, ако е необходимо, бързо преминават през горещи повърхности само на задните си крака, като по този начин намаляват контакта с почвата (фиг. 16). До зимата много животни търсят убежище, където температурната тенденция е по -плавна, отколкото в откритите местообитания. Формите на поведение на социалните насекоми са още по-сложни: пчели, мравки, термити, които изграждат гнезда с добре регулирана температура вътре в тях, почти постоянна през периода на тяхната дейност.
Ориз. 16. Поведение на гущери, бягащи от гореща пясъчна повърхност в пустинята
Ориз. 17. Изпарителна терморегулация при животни:
1 - гущер - изпарение от лигавиците с отворена уста;
2 - катерица антилопа - триене със слюнка;
3 - койот - изпаряване от лигавиците с учестено дишане
При редица пойкилотермични животни механизмът изпарителна терморегулация. Жаба на час при + 20 ° C губи 7770 J на сушата, което е 300 пъти повече от собственото производство на топлина. Когато температурата се доближи до горната критична, много влечуги започват да дишат тежко или да държат устата си отворена, увеличавайки връщането на вода от лигавиците (фиг. 17). Пчелите, летящи в горещо време, избягват прегряването, като отделят капка течност от устата си, чието изпаряване премахва излишната топлина.
Въпреки редицата възможности за физическа и поведенческа терморегулация, пойкилотермичните животни могат да го упражняват само в тесен температурен диапазон. Поради общото ниско нивометаболизъм, те не могат да гарантират постоянството на топлинния баланс и са достатъчно активни само близо до горните температурни граници на съществуване. Овладяването на местообитания с постоянно ниски температури е трудно за студенокръвните животни. Това е възможно само с развитие специализирана криофилия а в сухоземни условия е достъпен само за малки форми, способни да използват и най -малките предимства на микроклимата.
П. 133. Запомнете.
1. Какво е местообитание?
Хабитатът е част от природата, която заобикаля живите организми и има пряко или косвено въздействие върху тях.
2. Какви фактори се приписват на факторите на неживата природа?
По време на историческо развитиеорганизмите се адаптират към определен комплекс абиотични фактори, които се превръщат в предпоставки за съществуването им. В същото време в процеса на живот самите организми участват във формирането на абиотична (неодушевена) среда. По време на фотосинтезата растенията абсорбират въглероден двуокиси отделят кислород в атмосферата, филтриращите животни пречистват водата, зелените площи предотвратяват ерозията на почвата, а бобовите култури обогатяват почвата с азот - има много такива примери.
П. 136 - 137. Въпроси за преглед и задания.
1. Какви адаптации към промените в температурата на околната среда съществуват при растенията и животните?
Етапите на покой на организмите - кисти, какавиди от насекоми, семена от растения - издържат добре на температурните промени. Спорите на някои бактерии могат да понасят температурни колебания от -273 до +140 oС. Топлокръвните животни - птици и бозайници - поддържат постоянна телесна температура с високо нивометаболизъм, перфектна терморегулация и добра топлоизолация. Например, някои китоподобни и ластоноги, поради наличието на дебел слой подкожна мазнина, живеят в северните морета, където температурата на водата е постоянно около 0 oС. За зимата много бозайници отглеждат по -дебела козина, някои от тях (например мармоти) зимуват. При птиците масата на перата се увеличава, много видове мигрират в по -топлите зони. Организмите са в състояние да се предпазят от повишени температури... През деня в пустинята температурите надвишават 60 ° C, така че много животни се крият в дупки и излизат на повърхността само през нощта. При горещо време растенията увеличават изпарението от листната повърхност. При много бозайници потта действа като защита срещу прегряване. Най -впечатляващите примери за адаптиране към високи температури са водораслите и бактериите в горещите извори, където температурата на водата надвишава 70 ° C. Поради специалната си структура, техните протеини са в състояние да устоят на денатурация.
2. Разкажете ни за адаптациите на живите организми към липсата на вода.
Водата е необходим компонент на клетката, поради което количеството й в определено местообитание определя естеството на флората и фауната в даден район. В известна зависимост от количеството вода в околната среда е нейното съдържание в организма на растенията и животните и тяхната устойчивост на изсушаване.
Устойчивите на суша растения (камилски трън, саксаул, пустинен пелин) имат много дълга коренова система, простираща се на 10 метра или повече. Листата им обикновено са тесни и жилави, с восъчно покритие по повърхността, което намалява загубата на вода при изпаряване. Някои растения (кактуси, млечници) развиват дебело стъбло с добре развита фотосинтезираща и съхраняваща вода тъкан, а листата се превръщат в тръни или люспи. Редица треви имат време да растат и да цъфтят през влажния пролетен период, а след това претърпяват суша в състояние на семена, луковици, грудки. В горещ ден листата на някои растения могат да се обърнат към падащите лъчи на слънчевия "ръб", например, както се случва в дивата салата (отрицателен хелиотропизъм). За да намали транспирацията, евкалиптът също обръща листата с ръб към слънцето. Тази ориентация на плочите предпазва тялото от прекомерна загуба на вода и прегряване. Много животни също са добре адаптирани към условия с ниска влажност. Някои от тях никога не пият, използвайки метаболитна вода и вода от храната. Членноногите са защитени от изпаряване чрез плътна хитинова обвивка, а влечугите - от кератинизирани покрови, загубили кожните си жлези. Продуктът на екскреция при много животни е практически безводен пикочна киселина... Има много поведенческа адаптация: нощни, сухи хибернации и др.
3. Поради каква част от спектъра на слънчевата радиация в растенията се извършва фотосинтезата?
За фотосинтеза растенията използват видима частспектър. В същото време, водорасли и висши растениясъс зелен чувствителен към светлина пигмент (хлорофил), по-ефективно използвайте крайните части на спектъра-червено-оранжево и синьо-виолетово. Зеленият цвят на листата се дължи на факта, че именно този компонент на слънчевата радиация хлорофилът абсорбира по -слабо (и следователно отразява повече). Кафявите и червените водорасли, които имат малко различни светлочувствителни пигменти, са настроени главно към синьо-зелената част на спектъра.
4. Разкажете ни какво знаете за биологичните ритми на живите организми.
Поведенческата и физиологичната активност на много организми се характеризира с ритъм: дишане и сърдечен ритъм, активност, синхронна с отливите и отливите (т.е. с фазите на Луната) и т.н. Най -често срещаният фактор, който определя биологичните ритми, е осветлението, което се променя през деня и сезонно. Растенията и животните реагират на връзката между продължителността на периода на светлина и тъмнина през деня или сезона. Това явление се нарича фотопериодизъм. Фотопериодизмът регулира дневните и сезонните ритми на живота на организмите, а също така е климатичен фактор, който определя жизнения цикъл на много видове. При растенията фотопериодизмът се проявява в синхронизирането на периода на цъфтеж и узряване на плодовете с периода на най -активна фотосинтеза; при животни - при съвпадение на размножителния период с изобилие от храна, при миграции на птици, промени в козината при бозайници, хибернация, промени в поведението и др. Много цветя се отварят и затварят в определено време; животните също организират ежедневието си в зависимост от светлината (дневна или нощна активност). Цяла линиябиохимичните и физиологичните процеси в човешкото тяло се променят с ритъм от 24 часа (сън и будност, телесна температура, кръвно налягане, секреция на хормони). Продължителността на дневната светлина е определяща за сезонните ритми. Времето за цъфтеж и узряване на плодовете зависи от това, както и началото на падането на листата при растенията, миграцията на птиците, смяната на козината при бозайниците, началото на брачния период, подготовката за зимен сън и др.
Помислете и следвайте.
1. Какво климатични условияи почва, характерна за вашия регион?
Климатът на Урал преминава от умереноконтинентален до континентален. Континенталността се увеличава при движение от запад на изток и от север на юг. Огромната дължина на Урал от север на юг се проявява в зоналната промяна в типовете на неговия климат (северните и южните райони имат различни режими на циркулация и радиация). Северът се намира в субарктиката; на юг - в централните сухи райони. Контрастите между север и юг се засилват през лятото. средна температураЮли на север - 60С - 80С, на юг - 220С; 240С. През зимата температурните контрасти се изглаждат при -220C; -200C на север; -150С на юг. Урал се пресича от следните почвени и растителни зони: тундра, гора-тундра, гора, горска степ, степ, полупустиня. Зонирането тук е планинско-географско (различава се с изместването на почвено-растителните зони на юг). В подножието бариерната роля на Урал засяга (в Южен Урал вместо степни и южно-степни пейзажи са разпространени горски и северно-горско-степни пейзажи). Планински почвиУрал от всички видове имат Общи черти: 1. Те нямат непрекъснато разпространение, но са прекъснати от скалисти первази и куруми; 2. Те имат съкратен профил и висока плътност на отломките. Съществуват значителни разлики в почвения покрив при движение от запад на изток (състав на скалите).
2. Защо мислите, че при постоянна насочена промяна в абиотичните условия на околната среда адаптацията на живите организми към тези промени не може да бъде безкрайна?
Абиотичен - означава неподходящ за живот и с течение на времето ресурсите им се изчерпват, околните условия могат да се променят, но адаптация към тях няма да се окаже.
3. Защо в птицефермите и оранжериите се използва допълнително изкуствено осветление, за да се увеличи продължителността на дневната светлина?
В птицефермите се използва допълнително изкуствено осветление за увеличаване на производителността на продукта. Птица, живееща в природни условия, много чувствителни към сезонни променизаобикаляща среда. През есента и зимата светлинният период е доста кратък, поради което пилетата на практика спират да снасят. Те са подведени да произвеждат повече яйца чрез изкуствено увеличаване на продължителността на дневните часове.
Температурни адаптации на растенията
Функционалната активност на живите биологични системи значително зависи от температурното ниво на околната среда. На първо място, това се отнася за организми, които не са в състояние да поддържат постоянна телесна температура (всички растения и много животни). Именно в такива организми (пойкилотермични) повишаването на температурата до определена граница значително ускорява физиологичните процеси: скоростта на растеж и развитие (при насекоми, влечуги), покълването на семената, растежа на листата и леторастите, цъфтежа и т.н.
Прекомерното повишаване на температурата причинява смъртта на организмите поради термична денатурация на протеинови молекули, необратими промени в структурата на биологичните колоиди на клетката, нарушаване на ензимната активност, рязко увеличаване на хидролитичните процеси, дишане и др. От друга страна , забележимо понижение на температурата под 0 ° C може да причини смърт на клетките и целия организъм ...
V природни условиятемпературата много рядко се поддържа на ниво, благоприятно за живота. Отговорът на това е разработването на специални устройства в растения и животни, които отслабват вредното въздействие на температурните колебания. Това е по -специално комплекс от свойства и адаптивни адаптации, които формират подходящото ниво на зимна издръжливост и устойчивост на замръзване на растенията.
- Зимоустойчивост- устойчивост на растенията към комплекс от неблагоприятни фактори от зимния период (редуване на слани и размразявания, ледена кора, накисване, амортизация и др.). Тя се обуславя и осигурява от преминаването на растенията в състояние на органичен покой, поставянето на пъпки на защитени места, натрупването на енергиен материал (нишесте, мазнини), отпадането на листата, адаптивните реакции на организмите.
- Устойчивост на замръзване- способността на клетките, тъканите и цели растения да издържат на замръзване без увреждане. Поради много физиологични и биохимични адаптации и свойства в устойчиви на замръзване растения, образуването на лед се случва при по-ниска температура, отколкото при по-малко устойчиви на замръзване растения, и е придружено от по-малко увреждания.
- Студоустойчивост- свойството на ранните пролетни растения (ефемерни и ефемероиди) да растат успешно при ниски положителни температури. Този термин се използва и за характеризиране на топлолюбиви растения (царевица, краставици, дини).
Зимата и устойчивостта на замръзване са характерни за растенията само през зимата, когато имат време да се втвърдят и да изпаднат в състояние на покой. По време на вегетационния период (лятото) всички растения не са в състояние да издържат дори на краткотрайно излагане на леки студове.
- Втвърдяване на растенията- формирането на растенията на способността успешно да издържат на неблагоприятни условия под влияние на специфичните условия на есенния сезон. Има двуфазен характер. По време на първия има натрупване на въглехидрати, преразпределение на хранителните вещества между органите, което се улеснява от относително топло и слънчево време. Във втората фаза, с постепенно намаляване на температурата, количеството осмотично активни вещества във вакуолите се увеличава, количеството на водата намалява, състоянието на цитоплазмата се променя - растенията преминават в състояние на покой.
- Състояние на покой- качествено нов етап от растителния организъм, в който преминават зимуващите растения с настъпването на неблагоприятни условия. Характеризира се със спиране на видимия растеж и минимизиране на жизнената активност, отмиране и падане на листа и въздушни органи на тревисти многогодишни растения, образуване на люспи по пъпките, дебел слой кутикула и кора по стъблата. В тъканите и клетките се натрупват инхибитори, които инхибират растежа и морфогенетичните процеси, което прави растенията неспособни за поникване дори при най -благоприятните изкуствени условия, както и при случайни есенни и ранни зимни затопляния.
Разграничаване между период (състояние) на дълбоко или органично покой, поради подходящата подготовка и вътрешен ритъм на развитие на растителния организъм, и периода на принудителен покой, в който растенията остават след дълбоко покой, когато растежът им е принуден да да бъде сдържан от неблагоприятни условия - ниска температура, липса на хранителни вещества. Принудителният покой е лесен за прекъсване, създавайки благоприятни условия за растението.
Растенията трудно излизат от състояние на дълбок покой, тъй като продължителността му за повечето от тях е значителна - до края на януари - февруари. Излизането на растенията от това състояние е възможно само след неговото завършване и завършване на съответните биохимични и физиологични трансформации в организма, причинени от влиянието на период на минусови температури с определена продължителност. След края на периода на покой количеството нуклеинови киселини в растенията забележимо се увеличава, инхибиторите на растежа изчезват и се появяват ауксини - стимулатори на растежните процеси.
Способността за преминаване в състояние на покой е необходим етап от растителната онтогенеза, вътрешно обусловен от ритъма на физиологичните и биохимичните процеси. Това свойство възниква в растенията в хода на еволюцията като адаптивна реакция в отговор на периодични промени в температурните условия на външната среда.
Много растения заспаха не само през зимата, но и през лятото. Това са ранни пролетни цъфтящи растения (лалета, минзухари, гори). Голям брой растения в тропическите райони, пустините и полупустините също влизат в състояние на лятно покой. Сънливостта с различна продължителност е характерна и за прясно събрани семена и плодове, грудки, луковици и кореноплодни култури.
Има методи и техники, с които можете да изведете растенията от състояние на дълбок покой. Това са топли бани (37-39 ° C), третиране с етерни пари, убождане на основата на бъбреците с игла и т.н.
Топлинните промени в местообитанията на организмите имат не само отрицателни, но и положителни ефекти. Много растителни видове, за да преминат към цъфтеж и да завършат жизнения си цикъл, се нуждаят от период на ниски температури, обикновено с кратка продължителност, на определен етап от онтогенезата. Примери за стимулиращия ефект на ниските температури са:
- Процесът на яровизация е преход на покълнали семена от зимни култури чрез излагане на студ в състояние на развитие (образуване на репродуктивни органи).
- Стратификация - излагане на семена, съхранявани при определени условия на влажност, на ниска температура, за да бъдат подготвени за покълване. При естествени условия подготовката на семена с твърди черупки за покълване се извършва през зимно-зимния период, тоест със задължителното въздействие върху тях на период на ниски и минусови температури.
- Образуването на цветни стрели чрез покълване на луковици е възможно само ако те се открият първо при ниски температури.
- Намаляването на температурата в комбинация с други фактори инициира преминаването на многогодишните растения в състояние на органичен покой, което е най -ефективно за успешно прехвърляне на набор от неблагоприятни зимни фактори.
Скоростта на преминаване през етапите от жизнения цикъл на растенията и животните, техният растеж и развитие значително зависят от температурата. И така, нормалният метаболизъм в растенията и пойкилотермичните животни след потискане на студ (зимен сън, период на почивка) се възстановява при температура, специфична за всеки вид, която се нарича температурен праг на развитие. Колкото повече температурата на околната среда надвишава прага, толкова по -интензивно протича развитието на организма. За да се оцени количеството топлина, получено от растението за завършване на вегетационния период или преминаването на жизнения цикъл на животните от яйце или яйце до възрастен, използвайте показателя за сумата от ефективните температури (Σt), получен чрез сумиране на дневните превишения средна дневна температуравъздух с определена стойност, съответстваща на температурния праг на развитие.
Праговата температура за началото на вегетационния период за повечето представители на растителността на умерения пояс се счита за постигане на средна дневна температура от 5 ° С, за културните растения - 10 ° С, за термофилните растения - 15 ° С, за ларви на повечето животни - О ° С.
От сеитбата до узряването на семената различните растения изискват различно количество ефективни температури, чиято стойност може да варира значително в зависимост от климатичната ситуация и биологичните свойства на организма (табл.):
Температурни адаптации на животните
В сравнение с растенията, животните имат по -разнообразни способности да регулират телесната температура, а именно:
- чрез химическа терморегулация - чрез активно промяна на количеството производство на топлина чрез увеличаване на метаболизма;
- чрез физическа терморегулация - чрез промяна на нивото на топлопреминаване въз основа на развитието на топлозащитни покриви, специални устройства на кръвоносната система, разпределение на мастните резерви, особено в кафява мастна тъкан и др.
В допълнение, някои характеристики на поведението на животните също допринасят за тяхното съществуване в променящите се условия на околната среда: изборът на място с благоприятни микроклиматични условия - забиване в пясък, в дупки, под камъни (животни от горещи степи и пустини), активност по време на определен период от денонощието (змии, тушканчета, ховраци), изграждане на складови помещения, гнезда и др.
Една от най-важните прогресивни адаптации е способността за терморегулиране на тялото при бозайници и птици, тяхната топлокръвност. Благодарение на тази екологично важна адаптация, по -високите животни са относително независими от температурните условия на околната среда.
Съотношението на повърхността на тялото към обема му е важно за поддържане на температурния баланс, тъй като количеството генерирана топлина зависи от телесното тегло, а топлообменът се осъществява през кожата.
Връзката между размера и пропорциите на тялото на животните с температурни и климатични условия е посочена от правилото на Бергман, според което от два близкородствени вида топлокръвни, различни по размер, по-големият живее в по-студен климат, като както и правилото Allep, според което при много бозайници и птици Северното полукълбоотносителните размери на крайниците и другите стърчащи части (уши, човки, опашки) се увеличават на юг и намаляват на север (за намаляване на топлопредаването в студен климат).
Зареждане...
