Температурни адаптации на растенија и животни
Функционалната активност на живите биолошки системи значително зависи од нивото на температурата животната средина. Ова првенствено се однесува на организмите кои не се во состојба да одржуваат константна телесна температура (сите растенија и многу животни). Токму во таквите организми (поикилотерми) зголемувањето на температурата до одредена граница значително ги забрзува физиолошките процеси: стапката на раст и развој (кај инсекти, влекачи), ртење на семето, раст на лисја и пука, цветање итн.
Прекумерното зголемување на температурата предизвикува смрт на организми поради термичка денатурација на протеинските молекули, неповратни промени во структурата на биолошките колоиди на клетката, нарушување на ензимската активност, нагло зголемување на хидролитичките процеси, дишење итн. Од друга страна , забележливото намалување на температурата под 0 °C може да предизвика смрт на клетките и на целиот организам.
Во природни услови, температурата многу ретко останува на ниво поволно за живот. Одговорот на ова е појавата на посебни адаптации кај растенијата и животните кои ги ослабуваат штетните ефекти од температурните флуктуации. Ова, особено, е комплекс на својства и адаптивни адаптации кои формираат соодветно ниво на зимска цврстина и отпорност на мраз на растенијата.
Зимска цврстина- отпорност на растенијата на комплекс од неповолни фактори на зимскиот период (наизменични мразови и одмрзнувања, ледена кора, натопување, придушување итн.). Тоа се одредува и обезбедува со преминување на растенијата во состојба на органски мирување, поставување пупки на заштитени места, акумулација на енергетски материјал (скроб, масти), осипување на листовите и адаптивни реакции на организмите.
Отпорност на мраз- способноста на клетките, ткивата и цели растенија да издржат мраз без оштетување. Поради многуте физиолошки и биохемиски адаптации и својства кај растенијата отпорни на мраз, формирањето на мраз се случува на пониска температура отколку кај растенијата што се помалку отпорни на мраз и е придружено со помали оштетувања.
Отпорност на студ- својството на раните пролетни растенија (ефемери и ефемероиди) успешно да растат при ниски температури над нулата. Овој термин се користи и за карактеризирање на растенија кои сакаат топлина (пченка, краставици, лубеници).
Отпорноста на зимата и мразот се карактеристични за растенијата само во зима, кога имаат време да се стврднат и да одат во мирување. Во текот на сезоната на растење (лето), сите растенија не се способни да издржат дури и краткорочна изложеност на мали мразови.
Стврднување на растенијата- формирање во растенијата на способност успешно да издржат неповолни услови под влијание на специфични услови на есенската сезона. Има двофазен карактер. Во текот на првиот, јаглехидратите се акумулираат и хранливите материи се прераспределуваат помеѓу органите, што е олеснето со релативно топло и сончево време. Во втората фаза во постепено опаѓањетемпературата ја зголемува количината на осмотски активни супстанцииво вакуоли, количината на вода се намалува, состојбата на цитоплазмата се менува - растенијата одат во мирување.
Состојба на одмор- висок квалитет нова фазарастителен организам во кој презимуваат растенијата со појава на неповолни услови. Се карактеризира со прекин на видливиот раст и минимизирање на виталната активност, умирање и паѓање на лисјата и надземните органи на тревни повеќегодишни растенија, формирање на лушпи на пупките, дебел слој на кутикула и кора на стеблата. Инхибиторите се акумулираат во ткивата и клетките, кои ги инхибираат процесите на раст и морфогенеза, што ги прави растенијата неспособни да 'ртат дури и во најповолните вештачки создадени услови, како и за време на повремени есенски и незимски периоди на затоплување.
Постои период (состојба) на длабок или органски одмор, условен од соодветна подготовка и внатрешен ритам на развој. растителен организам, и период на принуден мирување, во кој растенијата остануваат по длабокиот заспивање, кога нивниот раст е принуден да биде ограничен поради неповолните услови - ниска температура, недостаток на хранливи материи. Присилното мирување може лесно да се прекине со создавање поволни услови за растението.
Тешко е за растенијата да излезат од состојба на длабок мирување, бидејќи времетраењето на мирување за повеќето од нив е значајно - до крајот на јануари - февруари. Излезот на растенијата од оваа состојба е возможен само по неговото завршување и завршување на соодветните биохемиски и физиолошки трансформации во телото предизвикани од влијанието на период на температури под нулата со одредено времетраење. По завршувањето на периодот на мирување, количината на нуклеинските киселини во растенијата значително се зголемува, инхибиторите на раст исчезнуваат и се појавуваат ауксини - стимулатори на процесите на раст.
Способноста да се влезе во состојба на мирување е неопходна фаза во онтогенезата на растенијата, внатрешно одредена од ритмичноста на физиолошките и биохемиските процеси. Ова својство се појавило кај растенијата за време на процесот на еволуција како адаптивна реакција како одговор на периодични промени во температурните услови на околината.
Многу растенија одат во мирување не само во зима, туку и во летно време. Тоа се рани пролетни цветни растенија (лалиња, крокуси, цили). Во состојба на летен мирување влегуваат и голем број растенија во тропските предели, пустините и полупустините. Состојбата на мирување со различно времетраење е карактеристична и за свежо собраните семиња и плодови, клубени, луковици и коренови култури.
Постојат методи и техники со кои може да се извлечат растенијата од состојба на длабок мирување. Тоа се топли бањи (37-39°C), третман со етерска пареа, боцкање на основата на бубрезите со игла итн.
Термичките промени во живеалиштето на организмите имаат не само негативни, туку и позитивни ефекти. Многу растителни видови, за да почнат да цветаат и целосно да го завршат својот животен циклус, имаат потреба од период на ниски температури, обично краткотрајни, во одредена фаза на онтогенеза. Примери за стимулирачки ефект на ниски температури се:
Процесот на пролетизација е премин на никнатите семиња од зимските култури во состојба на развој (формирање на репродуктивни органи) со ладна изложеност.
Стратификацијата е ефектот на ниската температура врз семињата складирани во одредени услови на влажност со цел да се подготват за ртење. ВО природни условиПодготовката на семиња со тврди лушпи за ртење се врши во есен-зимскиот период, односно со нивна задолжителна изложеност на период на ниски и под нулата температури.
Формирањето на цветни стрели со ртење светилки е можно само ако тие се претходно изложени на ниски температури.
Намалувањето на температурата во комбинација со други фактори иницира транзиција на повеќегодишните растенија во состојба на органски мирување, што е најефективно за успешно толерирање на комбинација на неповолни зимски фактори.
Брзина на завршување на фазите животен циклусрастенијата и животните, нивниот раст и развој значително зависат од температурата. Така, нормалниот метаболизам кај растенијата и поикилотермните животни по студено сузбивање (хибернација, период на мирување) се обновува на температура специфична за секој вид, што се нарекува температурен праг за развој. Колку повеќе температурата на околината го надминува прагот, толку е поинтензивен развојот на организмот. За да се процени количината на топлина добиена од растението за да се заврши сезоната на растење или преминот на животниот циклус на животните од јајце или јајце до возрасен, се користи индикаторот за збирот на ефективни температури (Σt), добиен со собирање нагоре дневните ексцеси на просечната дневна температура на воздухот од одредена вредност што одговара на температурниот праг за развој.
Температурата на прагот за почетокот на сезоната на растење за повеќето претставници на вегетацијата во умерена зона се смета за постигнување просечна дневна температура од 5 °C, за култивирани растенија - 10 °C, за растенија кои сакаат топлина - 15 °C , за ларвите на повеќето животни - 0 °C.
Термички адаптации на животните
Во споредба со растенијата, животните имаат поразновидни способности да ја регулираат телесната температура, имено:
со хемиска терморегулација - активна промена на количината на производство на топлина со зголемување на метаболизмот;
преку физичка терморегулација - менување на нивото на пренос на топлина врз основа на развој на топлинско-заштитни капаци, специјални уреди на циркулаторниот систем, распределба на резервите на маснотии, особено во кафеното масно ткиво итн.
Дополнително, некои карактеристики на однесувањето на животните придонесуваат и за нивното постоење во променливите услови на животната средина: избор на место со поволни микроклиматски услови - закопување во песок, во јами, под камења (животни од жешки степи и пустини), активност во одреден период на денот (змии, џербоа, гофери), изградба на складишта, гнезда и сл.
Една од најважните прогресивни адаптации е способноста за терморегулација на телото кај цицачите и птиците, нивната топлокрвност. Благодарение на оваа еколошки важна адаптација, повисоките животни се релативно независни од температурните услови на околината.
Односот помеѓу површината на телото и волуменот е важен за одржување на температурната рамнотежа, бидејќи количината на генерирана топлина зависи од телесната тежина, а размената на топлина се случува низ кожата.
За односот помеѓу големините и пропорциите на телото на животните и температурата климатски условиукажува на правилото на Бергман, според кое од два тесно поврзани топлокрвни видови кои се разликуваат по големина, поголемиот живее во постудена клима, како и правилото на Алеп, според кое кај многу цицачи и птици Северна хемисферарелативните големини на екстремитетите и другите испакнати делови (уши, клунови, опашки) се зголемуваат на југ и се намалуваат на север (за да се намали преносот на топлина во ладна клима).
Прилагодување на температурата
Прилагодување на организмите на температура. Живите организми, во текот на долгата еволуција, развија различни адаптации кои им овозможуваат да го регулираат метаболизмот кога се менува температурата на околината. Тоа се постигнува: 1) различни биохемиски и физиолошки промени во телото, кои вклучуваат промени во концентрацијата и активноста на ензимите, дехидрација, намалување на точката на замрзнување на телесните раствори и сл.; 2) одржување на телесната температура на постабилно ниво на температура од температурата на живеалиштето, што овозможува одржување на текот на биохемиските реакции што се развиле за даден вид. [ ...]
Температурни прилагодувања. Поикилотермичните живи организми се вообичаени во сите средини, заземаат живеалишта со различни температурни услови, до најекстремните: практично тие живеат во целиот температурен опсег забележан во биосферата. Задржувајќи ги во сите случаи општите принципи на температурни реакции (дискутирани погоре), различните видови, па дури и популациите на истиот воден вид ги покажуваат овие реакции во согласност со карактеристиките на климата, приспособувајќи ги реакциите на телото на одреден опсег на температурни влијанија. Ова се манифестира, особено, во формите на отпорност на топлина и студ: видовите кои живеат во постудени клими се поотпорни на ниски температури и помалку отпорни на високи; жителите на жешките предели покажуваат спротивни реакции
Температурниот режим на водните тела е постабилен отколку на копно, што се должи на физичките својства на водата, првенствено на високиот специфичен топлински капацитет. На пример, амплитудата на температурни флуктуации во горните слоеви на океанските води не е поголема од 10-15 ° C, а подлабоките слоеви на водената колона се карактеризираат со постојана температура (во рамките на 3-4 ° C). Поради постабилниот температурен режим на водата, стенотермните организми се широко распространети меѓу хидробионтите. Повеќето светол примерсе белокрвни риби (околу 18 видови) кои живеат во студените води на Антарктикот. Овие риби (со големина не повеќе од 60 см) се единствени по тоа што нивната жива крв не е црвена, како сите 'рбетници, туку транспарентна или бела поради целосно отсуство на црвени крвни зрнца во неа. Кислородот не го носи хемоглобинот, туку крвната плазма. Намалувањето на црвените крвни зрнца е еден вид адаптација што помага да се намали вискозноста на крвта, што обезбедува доволна циркулација на крвта додека живеете во ледените води на Антарктикот. Повеќето од овие риби живеат на длабочини од 5 до 340 m, но некои видови (длабоки бели риби) се наоѓаат на длабочина до 2000 m. Некои од нив се многу убави, особено белата крв на носорогот со својата флуоресцентна виолетова боја (Carleton-Ray et al., 1988). [ ...]
Адаптациите можат да бидат морфолошки, изразени во адаптацијата на структурата (обликот) на организмите на факторите на животната средина; пример се разликите во големината на аурикулите на шумските и степските ежи; физиолошки - адаптација на дигестивниот тракт кон составот на храната, пример е структурата на желудникот со присуство на дополнителен дел кај тревопасни животни од преживари; бихејвиорална или еколошка - адаптација на однесувањето на животните на температурни услови, влажност и сл., пример е хибернацијакај голем број животни: глодари, мечки итн. [ ...]
Адаптацијата на стабилни температури е придружена кај поикилотермични животни со компензаторни промени во нивото на метаболизмот, кои ги нормализираат виталните функции во соодветните температурни режими. Ваквите адаптации се откриваат со споредување на тесно поврзани видови, географски популации од истиот вид и сезонски состојби на поединци од иста популација. Општата шема на адаптивни метаболички промени е дека животните приспособени на пониски температури имаат повисока метаболичка стапка од оние приспособени на повисоки температури (сл. 4.8). Ова важи и за двете општо ниворазмена, значи зборувам за индивидуални биохемиски реакции. Се покажа, на пример, дека нивото и реактивноста на температурните промени на амилитичката активност на екстрактот од панкреасот на жабите се разликуваат во различни географски популации на овој вид. Ако активноста на 35°C се земе како 100%, тогаш на 5°C активноста кај жабите од населението на полуостровот Јамал ќе биде 53,7, а кај населението од околината на Екатеринбург - само 35%. [ ...]
Во температурната зона на адаптација, размената се одвива најхармонично и не зависи или зависи многу малку од температурните промени во надворешната средина. На графиконот, тоа се изразува со израмнување на кривата што ја изразува зависноста на размената од температурните промени. [ ...]
Во температурната зона на адаптација, размената се одвива најнепречено и најхармонично. Кон повисоки и пониски температури од зоната за адаптација на температурата, има промена во овие коефициенти, промена во односот на поединечните врски што ја сочинуваат размената на гасови и метаболизмот воопшто. [ ...]
Општата адаптација на различни температурни услови за живеење се заснова на промените во отпорноста на ткивото, што во голема мера е поврзано со термичката стабилност на протеините и различните термички поставки на ензимските системи. Се покажа, на пример, дека термичката отпорност на клетките на различни видови морски безрбетници е во корелација со нивната вертикална дистрибуција: таа е поголема кај жителите на горната суптидна зона и помала кај видовите кои живеат во подлабоки и постудени зони. Кај видовите со арктичко потекло, отпорноста на топлина на клеточно ниво се покажа како помала отколку кај бореалните видови (A.V. Zhirmunsky, 1968, 1969). [ ...]
Растенијата се подготвуваат да издржат мраз постепено, подложени на прелиминарно стврднување по завршувањето на процесите на раст. Стврднувањето се состои од акумулација во клетките на шеќери (до 20-30%), деривати на јаглени хидрати, некои амино киселини и други заштитни материи кои ја врзуваат водата. Во исто време, отпорноста на мраз на клетките се зголемува, бидејќи врзаната вода е потешко да се извлече од ледените кристали формирани во ткивата. Ултраструктурите и ензимите се преуредени на таков начин што клетките толерираат дехидрација поврзана со формирањето на мраз.
Одмрзнувањата во средината, а особено на крајот на зимата, предизвикуваат брзо намалување на отпорноста на растенијата на мраз. По завршувањето на зимскиот мир, стврднувањето се губи. Пролетните мразови што доаѓаат ненадејно може да ги оштетат ластарите што почнале да растат, а особено цвеќињата, дури и кај растенијата отпорни на мраз.
Врз основа на степенот на адаптација на високи температури, може да се разликуваат следниве групи на организми:
1) видови кои не се отпорни на топлина - тие се оштетени веќе на + 30... + 40 ° C (еукариотски алги, водни цветни растенија, копнени мезофити);
2) еукариоти отпорни на топлина - растенија од суви живеалишта со силна инсолација (степи, пустини, савани, суви суптропски предели итн.); толерира половина час загревање до + 50... + 60°C;
3) прокариоти отпорни на топлина - термофилни бактерии и некои видови сино-зелени алги, можат да живеат во топли извори на температури од +85... + 90°C.
Ефектот на влажноста врз живите организми На сите живи организми им е потребна вода. Биохемиските реакции што се случуваат во клетките се случуваат во течен медиум. Водата служи како универзален растворувач за организмите, со нејзина помош се транспортираат хранливи материи, хормони, се отстрануваат штетните метаболички продукти итн. Приспособување на растенијата и животните на влажноста. Потребата да се заштеди вода доведе до слични адаптации кај растенијата и животните. Тие имаат специјализирани интегрални ткива кои се слабо пропустливи за вода. Дишењето се изведува преку мали дупки кои водат во внатрешните шуплини, со што се намалува загубата на влага. Копнените животни бараат или активно создаваат микроклиматски услови со соодветна влажност. Повеќето растенија го добиваат најголемиот дел од нивната влага од почвата. Овој процес се регулира со раст на коренот поради посебната структура на листовите.
Водата игра исклучителна улога во животот на секој организам, бидејќи е структурна компонента на клетката (водата сочинува 60-80% од масата на клетката). Важноста на водата во животот на клетката се одредува според нејзините физичко-хемиски својства. Поради поларитетот, молекулата на водата е способна да привлече какви било други молекули, формирајќи хидрати, т.е. е растворувач. Многу хемиски реакции можат да се случат само во присуство на вода. Водата е „термички тампон“ во живите системи, апсорбирајќи ја топлината за време на преминот од течна во гасовита состојба, а со тоа ги штити нестабилните клеточни структури од оштетување при краткорочно ослободување на топлинска енергија. Во овој поглед, тој произведува ефект на ладење кога испарува од површината и ја регулира температурата на телото. Својствата на топлинска спроводливост на водата ја одредуваат нејзината водечка улога како климатски терморегулатор во природата. Водата полека се загрева и полека се лади: во лето и во текот на денот, водата на морињата, океаните и езерата се загрева, а ноќе и зима исто така полека се лади. Постои постојана размена помеѓу водата и воздухот јаглерод диоксид. Покрај тоа, водата врши транспортна функција, придвижувајќи ги почвените материи од врвот до дното и назад. Улогата на влажноста за копнените организми се должи на фактот што врнежите се дистрибуираат преку површината на земјатанерамномерно во текот на целата година. Во сушните области (степи, пустини), растенијата добиваат вода со помош на високо развиен корен систем, понекогаш многу долги корени (за камила трн - до 16 m), достигнувајќи до влажниот слој. Високиот осмотски притисок на клеточниот сок (до 60-80 атм), кој ја зголемува моќта на вшмукување на корените, помага да се задржи водата во ткивата. Во суво време, растенијата го намалуваат испарувањето на водата: во пустинските растенија се згуснуваат ткивата на листовите или на површината на листовите се развива восочен слој или густа сувост. Голем број растенија постигнуваат намалување на влагата со намалување на сечилото на листот (листовите се претвораат во боцки, често растенијата целосно губат лисја - саксаул, тамарис итн.).
Во зависност од барањата за режим на вода, меѓу растенијата се разликуваат следниве еколошки групи:
Хидратофитите се растенија кои постојано живеат во вода;
Хидрофити - растенија кои се само делумно потопени во вода;
Хелофити - барски растенија;
Хигрофитите се копнени растенија кои живеат на претерано влажни места;
Мезофити - претпочитаат умерена влага;
Ксерофитите се растенија прилагодени на постојан недостаток на влага; Меѓу ксерофитите постојат:
сукуленти - акумулира вода во ткивата на нивното тело (сукулент);
склерофити - губење на значителна количина на вода.
Поради својствата на цитоплазмата на клетките, сите живи суштества можат да живеат на температури помеѓу 0 и 50 ° C. Повеќето живеалишта на површината на нашата планета имаат температури во овие граници; за секој вид, надминувањето на овие граници значи смрт или од студ или од топлина. Сепак, постојат видови кои можат да се прилагодат на екстремните температури и да ги издржат долги временски периоди. На пример, има бактерии и сино-зелени алги кои ги населуваат изворите со температури над 85 °C. Животните се помалку отпорни. Амебите од тестамент се наоѓаат на 58 °C; ларвите на многу диптерани можат да живеат на температури од околу 50 °C. Влакненцата, опашките и грините кои живеат високо во планините добро преживуваат на ноќни температури од околу -10 °C. Поларните води, со температури околу 0°C, се населени со богата и разновидна фауна која се храни со микроскопски алги.
За да ја одржува температурата на телото константна, животното мора или да ја намали загубата на топлина со ефективна заштита или да го зголеми производството на топлина. Ова се постигнува на многу различни начини. Пред се, важна е заштитна обвивка, било да е тоа волна, пердуви или масен слој. Заштитната улога на животинските прекривки, како и човечката облека, се состои во тоа што тие ги забавуваат струите на конвекција, го забавуваат испарувањето и ја ослабуваат или целосно ја запираат емисијата на радијација. Заштитната улога на крзното е добро позната. Благодарение на него, кучето со санки може да спие во снег на температура од -50 °C. Како што наближува зимата, неговото крзно станува погусто и подолго. Пердувите не се помалку ефикасни. Пердувите и волната не се само пасивни школки. Птиците и животните создаваат воздушно перниче со добри термоизолациски својства. Заштитната улога на мастите е исто така добро позната. И покрај фактот дека китовите, фоките и моржовите имаат гола кожа, која е дебела 2-3 мм, тие пливаат со часови во мраз вода. Тие имаат дебел слој на маснотии под кожата, што помага да се намали загубата на топлина. Резерви на маснотии царски пингвиндостигне 10-15 kg, со вкупна тежина од 35 kg. Врвовите на шепите и врвот на носот не можат да бидат покриени со влакна, пердуви или сало, во спротивно не би ги извршувале своите основни функции. Постојат различни механизми за одржување на топлина во незаштитени области, кои работат поради размена на топлина во снопови крвни садовикаде се спојуваат вените и артериите. Излегува дека колку е постудена климата, толку се пократки ушите, опашката и шепите. Добар примерОва може да го направи лисица: сахарскиот фенек има долги екстремитети и огромни уши; лисицата од европската зона е повеќе сквотна, нејзините уши се многу пократки; Арктичката лисица која живее на Арктикот има многу мали уши и кратка муцка. Температурата на шепата (или перка) на животното е различна од температурата на неговото тело. Таа е еднаква на температурата на околината. На пример, температурата на телото на белата еребица може да ја надмине температурата на нејзините шепи за 38 °C. Тоа е многу важно. На крајот на краиштата, ако шепите во контакт со снегот беа топли, тогаш снегот под нив ќе се стопи и птицата може да замрзне. Освен тоа, со намалувањето на температурата на екстремитетите се намалува преносот на топлина.Познат метод за заштита од студот е хибернацијата. Многу цицачи се способни значително да ја намалат нивната метаболичка стапка. Нивната телесна температура може да се спушти до 0°C. Откако престанаа да се движат, тие ги трошат своите складирани резерви многу бавно. Такви се мрмотот, спанковецот, лилјаците, кафена мечка. Борбата против прегревање се врши главно со зголемување на испарувањето. Сите виделе како кучето го вади јазикот на жештината бидејќи има многу малку потни жлезди.
За разлика од растенијата, животните со мускули произведуваат многу повеќе од сопствената внатрешна топлина. Кога мускулите се собираат, се ослободува значително повеќе топлинска енергија отколку за време на функционирањето на кои било други органи и ткива, бидејќи ефикасноста на користењето хемиска енергија за извршување на мускулната работа е релативно мала. Колку се помоќни и поактивни мускулите, толку повеќе топлина животното може да генерира. Во споредба со растенијата, животните имаат поразновидни способности да ја регулираат сопствената телесна температура.
Главните начини на прилагодување на температурата кај животните се како што следува:
Хемиска терморегулација- зголемување на производството на топлина како одговор на намалување на температурата на околината; Многу животни се способни за одржување оптимална температуратело поради работата на мускулите, но со прекин моторна активносттоплината престанува да се произведува и брзо се расфрла од телото поради несовршеноста на механизмите на физичка терморегулација. На пример, бумбарите го загреваат своето тело со посебни мускулни контракции - треперење - до +32... + 33°C, што им дава можност да полетаат и да се хранат на ладно време. Пчелите силно мавтаат со крилјата за да ја зголемат температурата во кошницата („социјална“ регулација на температурата). Женскиот питон се обвиткува околу спојката на јајцата и ги собира мускулите, со што се зголемува температурата на телото и ефикасно ја одржува константната температура на спојката. Одржувањето на температурата со зголемување на производството на топлина бара големо трошење на енергија, така што животните, кога хемиската терморегулација е засилена, или имаат потреба од голема количина храна или трошат многу резерви на маснотии акумулирани порано. На пример, малата итрица има исклучително висока стапка на метаболизам. Наизменично многу кратки периодисон и активност, активен е во секое време од денот, не хибернира во зима и јаде храна 4 пати поголема од својата тежина дневно. Срцевата фреквенција на шревите е до 1000 отчукувања во минута. Исто така, на птиците кои престојуваат за зимата им треба многу храна; Тие се плашат не толку од мраз, колку од недостаток на храна. Да, кога добра жетвасемето на смрека и бор, вкрстени сметки дури и се изведуваат пилиња во зима.
Затоа, зајакнувањето на хемиската терморегулација има свои граници, утврдени со можноста за добивање храна.
Ако има недостаток на храна во зима, овој тип на терморегулација е еколошки непрофитабилен. На пример, слабо е развиен кај сите животни кои живеат во Арктичкиот круг: арктички лисици, моржови, фоки, поларни мечки, ирвасиитн. За жителите на тропските предели, хемиската терморегулација исто така не е типична, бидејќи тие практично немаат потреба од дополнително производство на топлина.
Физичка терморегулација- промена на нивото на пренос на топлина, способност да се задржи топлината или, обратно, да се троши нејзиниот вишок. Физичката терморегулација се врши благодарение на посебните анатомски и морфолошки карактеристики на структурата на животните: влакна и пердуви, рефлексно стеснување (за да се зачува топлината во телото) и проширување (за подобрување на преносот на топлина) на крвните садови на кожата, промени во топлината. -изолациски својства на крзно и пердуви, регулирање на испарувачки пренос на топлина.
Густото крзно на цицачите, пердувот и особено спуштената покривка на птиците овозможуваат да се одржи слој на воздух околу телото со температура блиска до температурата на телото на животното и со тоа да се намали топлинското зрачење за време на надворешната средина. Преносот на топлина е регулиран со наклонот на косата и пердувите, сезонските промени на крзното и перјата. Исклучително топлото зимско крзно на арктичките животни им овозможува да преживеат на студ без зголемување на нивниот метаболизам и ја намалува потребата за храна. На пример, арктичките лисици на брегот на северот арктички ОкеанВо зима консумираат уште помалку храна отколку во лето.
Кај животните со ладна клима, слојот на поткожното масно ткиво се дистрибуира низ телото, бидејќи маснотиите се добар топлински изолатор. Кај животните со топла клима, ваквата распределба на резервите на маснотии би довела до смрт од прегревање поради неможноста за отстранување на вишокот топлина, па нивната маст се складира локално, во одделни делови од телото, без да се меша со топлинското зрачење од општата површина. (камили, овци со дебела опашка, зебу, итн.).
Системите за размена на топлина со контрапроток кои помагаат да се одржи константна температура внатрешни органи, пронајдени во шепите и опашките на торбарите, мрзливите, мравојадите, прозимјаните, перјаците, китовите, пингвините и жеравите.
Екстремно високата отпорност на хомеотермните животни на прегревање беше брилијантно покажана пред околу двесте години во експериментот на д-р Ц. Благден во Англија. Заедно со неколку пријатели и куче поминал 45 минути во сува комора на температура од +126°C без никакви последици по здравјето. Во исто време, парче месо земено во комората се покажа дека е сварено, а студената вода, чие испарување го спречуваше слој масло, се загрева до вриење.
Физичката терморегулација е еколошки покорисна, бидејќи адаптацијата на студ не се врши преку дополнително производство на топлина, туку преку нејзино зачувување во телото на животното.
Ефективен механизам за регулирање на размената на топлина е испарувањето на водата преку потење или преку влажната слузница на усната шуплина и горниот дел. респираторен тракт. Способност да се формира пот различни типовиразлични. Човек во екстремни горештини може да произведе до 12 литри пот дневно, со што се троши топлина десет пати повеќе од нормалната количина. Излачената вода мора природно да се замени преку пиење. Кај некои животни, испарувањето се јавува само преку мукозните мембрани на устата. Кај кучето кај кое останувањето без здив е главниот метод на испарувачка терморегулација, стапката на дишење достигнува 300-400 вдишувања во минута. Многу рептили, кога температурата се приближува до горното критично ниво, почнуваат да дишат силно или ја држат устата отворена, зголемувајќи го ослободувањето на вода од мукозните мембрани; некои видови животни користат испарување на плунката, со која ја навлажнуваат површината на тело, за ладење на телото. Жителите на северот, како што се арктичката лисица, планинскиот зајак и еребицата тундра, имаат нормални витални функции и се активни дури и во повеќето многу ладнокога разликата помеѓу температурата на воздухот и телото е над 70°C.
Регулирањето на температурата преку испарување бара од телото да троши вода и затоа не е возможно во сите животни услови.
Однесување на организмите.Движење низ вселената
животните можат активно да избегнуваат екстремни температури. За многу животни, однесувањето е речиси единствено и многу ефективен начинодржување топлинска рамнотежа. Постојат два главни принципи на терморегулација на однесувањето: активен избор на места со најповолна микроклима и промена на позата. Со промена на положбата, животното може да го зголеми или намали загревањето на телото поради сончево зрачење. На пример, пустинскиот скакулец ја изложува широката странична површина на своето тело на сончевите зраци во студените утрински часови, а тесната грбна површина напладне. Гуштерот ја зголемува телесната температура на директно сонце до 37 0 C за само 20 минути. ВО екстремна топлинаживотните се кријат во сенките, се кријат во дупки. Во пустините во текот на денот, на пример, некои видови гуштери и змии се качуваат по грмушките, избегнувајќи контакт со топлата површина на почвата. До зимата, многу животни бараат засолниште, каде што температурниот курс е помазен во споредба со отворените живеалишта. Кога се загреваат, животните не само што се преселуваат во сончеви области, туку и заземаат специфични грејни пози. На пример, рано наутро, игуаните заземаат пози „поклони“, а површината што се загрева од сонцето е максимална; кога се прегреваат, гуштерите заземаат „подигната“ поза: главата и вратот се испружени нагоре, градите и предниот дел на стомакот. се издигнуваат над подлогата.
Уште покомплексни се формите на однесување на социјалните инсекти: пчели, мравки, термити, кои градат гнезда со добро регулирана температура во нив, речиси константна во периодот на активност на инсектите.
Од особен интерес е групното однесување на животните заради терморегулација. На пример, некои пингвини, при силен мраз и снежни бури, се собираат заедно во густа група, таканаречена „желка“. Поединци кои се нашле на работ по некое време се пробиваат внатре, а „желката“ полека кружи и се движи. Внатре во таков кластер, температурата се одржува околу +37°C дури и при најтешки мразови. Камилите кои живеат во пустината, исто така, се собираат заедно на екстремна топлина, притискајќи ги нивните страни една против друга, но со тоа се постигнува спротивен ефект - спречување на силно загревање на површината на телото од сончевите зраци. Температурата во центарот на кластерот на животни е еднаква на нивната телесна температура, +39°C, додека крзното на грбот и страните на најоддалечените единки се загрева до +70°C.
Слика 2 - Карактеристики на структурата на јами и локацијата на гнездата на различни видови цицачи: 1- дувло на кафеавиот зајак во песочни дини; 2- снежна дупка на кафеав зајак; 3 - летна дупка на пладневните гербили; 4- дупка на малиот гофер; 5- дупка за мошус; 6 - колиба за мошуси (А- комори за гнездење; б - комори за добиточна храна и залихи на храна); 7- гнезда во дабова вдлабнатина; 8-зимско гнездо на обична верверица.
За поикилотермите, особено е тешко да се одолее на недостатокот на топлина; со намалување на температурата на околината, сите витални процеси значително се забавуваат и животните паѓаат во труење. Во оваа неактивна состојба, тие имаат висока отпорност на студ, што е обезбедено главно со биохемиски адаптации. За да станат активни, животните мора прво да добијат одредена количина на топлина однадвор.
За разлика од поикилотермите, под влијание на студот, во телото на хомеотермните животни, оксидативните процеси не слабеат, туку се интензивираат, особено кај скелетните мускули. Многу животни доживуваат треперење на мускулите, што доведува до ослободување на дополнителна топлина. Покрај тоа, клетките на мускулите и многу други ткива испуштаат топлина дури и без да вршат работни функции, влегувајќи во состојба на посебна терморегулаторен тон.Термички ефект мускулна контракцијаа терморегулаторниот клеточен тон нагло се зголемува со намалувањето на температурата на околината.
Кога се произведува дополнителна топлина, липидниот метаболизам е особено зајакнат, бидејќи неутралните масти го содржат главниот довод на хемиска енергија. Затоа, резервите на животинска маст обезбедуваат подобра терморегулација. Цицачите дури имаат специјализирано кафеаво масно ткивово која целата ослободена хемиска енергија, наместо да оди во АТП врски, се расфрла во форма на топлина, т.е. оди да го загрее телото. Кафеавото масно ткиво е најразвиено кај животните со ладна клима.
Не мала важност за одржување на температурната рамнотежа е односот на површината на телото кон неговиот волумен, бидејќи во крајна линија, обемот на производство на топлина зависи од масата на животното, а размената на топлина се случува преку неговата покривка, затоа, кога се прилагодува на студ, се манифестира закон за економичност на површината, бидејќи компактната форма на телото со минимален сооднос површина до волумен е најкорисна за задржување на топлината.
Врската помеѓу големината и пропорциите на телото на животните и климатските услови на нивното живеалиште е забележана уште во 19 век. Според правилото на К.Бергман, ако два тесно поврзани видови на топлокрвни животни се разликуваат по големина, тогаш поголемиот живее во постудено,А мали - во топла клима.Бергман нагласи дека оваа шема се појавува само ако видовите не се разликуваат во другите прилагодувања на терморегулацијата.
Д. Ален во 1877 г забележа дека многу цицачи и птици од северната хемисфера имаат релативна големина на екстремитетите и разни испакнати делови од телото (опашки, уши, клунови)) зголемување на југ.Терморегулаторното значење на одделни делови од телото е далеку од еднакво. Испакнатите делови имаат голема релативна површина, што е корисно во топла клима. Кај многу цицачи, на пример, посебно значењеза одржување на топлинска рамнотежа, тие имаат по правило опремени уши, голема сумакрвни садови. Огромни уши африкански слон, малата пустинска фенек лисица и американскиот зајак се развиле во специјализирани органи за терморегулација.
Температурата е најважниот еколошки фактор. Температурата има огромно влијание врз многу аспекти од животот на организмите, нивната географија на дистрибуција, репродукција и други биолошки својства на организмите, кои главно зависат од температурата. Некои видови микроорганизми, главно бактерии и алги, можат да живеат и да се размножуваат во топли извори на температури блиску до точката на вриење. Горната температурна граница за бактериите на топли извори е околу 90°C. Секој вид може да живее само во одреден температурен опсег, таканаречени максимални и минимални смртоносни температури. Надвор од овие критични температурни екстреми, студ или топлина, настанува смрт на организмот. Некои животни се способни да одржуваат константна телесна температура, без оглед на температурата на околината. Таквите организми се нарекуваат хомеотермни. Кај другите животни, температурата на телото варира во зависност од температурата на околината. Тие се нарекуваат поикилотермични. Во зависност од начинот на кој организмите се прилагодуваат на температурни условитие се поделени во две еколошки групи: криофили - организми прилагодени на студени и ниски температури; термофили - или топлина-љуби-сè.
Во природата, температурата не е константна. Организми кои обично се изложени на сезонски температурни флуктуации како што се оние кои се наоѓаат во умерените зони, толерира константна температура полошо. Острите температурни флуктуации - тешки мразови или топлина - исто така се неповолни за организмите. Постојат многу уреди за борба против ладење или прегревање. Со почетокот на зимата, растенијата и поикилотермичните животни влегуваат во состојба на зимски мирување. Метаболичката стапка нагло се намалува, а во ткивата се складираат многу масти и јаглени хидрати. Количината на вода во клетките се намалува, шеќерите и глицеролот се акумулираат, кои го спречуваат замрзнувањето. За време на жешката сезона се активираат физиолошки механизми кои штитат од прегревање. Кај растенијата, испарувањето на водата преку стомите се зголемува, што доведува до намалување на температурата на листот. Кај животните под овие услови, испарувањето на водата исто така се зголемува респираторниот системИ кожата. Покрај тоа, поикилотермните животни избегнуваат прегревање адаптивно однесување: избираат живеалишта со најповолна микроклима, се кријат во јами или под камења во топли периоди од денот, активни се во одредени периоди од денот итн.
Така, температурата на околината е важен и често ограничувачки фактор во животните манифестации.
Способноста за прилагодување на променливите услови на животната средина е една од најважните карактеристикиЖиви суштества. Нивната дистрибуција, изобилство и биодиверзитет во голема мера се детерминирани од ефективноста на механизмите за адаптација. Токму тие им дозволуваат на организмите да постојат во услови кои често се несоодветни за живот, а понекогаш и некомпатибилни, на прв поглед, со него. Од различните приспособувања на поединечни фактори на животната средина (температура, содржина на кислород во околината, соленост на водата, светлина, влажност) или на други видови природна средина (високи планини, длабоки мориња, живот во пештери, пустини итн.), температура оние се особено интересни. На крајот на краиштата, овој фактор влијае на сите живи суштества; Температурата на околината постојано се менува, нејзините разлики во одредени области можат да бидат доста значајни, а организмите, особено ладнокрвните, мора да се прилагодат на ова. Животот на екстремни температури доведе до формирање механизми за адаптација кои значително ги проширија неговите „температурни граници“ и дозволија одредени видовиземете еколошки ниши, практично несоодветни за егзистенција. Овие механизми спречуваат ледени кристали да се формираат во телото на ларвите од инсекти и да ги уништат на -50°C. Против, термофилни бактерии- жители хидротермални отвори- живеат на +110°C и нивните протеини не се денатурираат. Во исто време, температурата на околината е една од важни фактори, кои влијаат на дистрибуцијата, изобилството и разновидноста на видовите во различни климатски зониЗемјата.
Биодиверзитет и дистрибуција на видови.Познато е дека различноста и вкупниот број на организми се намалуваат од екваторот до половите. Оваа зависност е утврдена кај многу видови. Тоа може да се илустрира со примерот на рибите што живеат големи езера, реки и мориња во различни географски широчини. Според некои податоци, тропските езера Викторија, Тангањика и Нјаса се дом на 180, 214 и 250 видови риби, соодветно, а северните езера Онега и Ладога - 39 и 44. јужните морињаВо Средоземното и Јапонското Море има приближно 500 и 600 видови риби, додека во Арктичкото Море Кара, Чукчи и Лаптев има 61, 38 и 31. Најбогатите составот на видовитериби во тропските реки: Амазон - 1300 видови, Конго - 560, а во Волга и Об има само 77 и 47.
Различни организми се разликуваат по нивната отпорност на температурни промени. Повеќето видови (евритермални) лесно толерираат такви флуктуации. Тие населуваат области со широк опсег на дневни и сезонски температурни флуктуации. Други видови (стенотермични) можат да постојат само во тесен опсег. Тие вклучуваат жители на влажни тропски шуми, длабочините на морето, пештери, како и жители на големи географски широчини, каде температурата на околината останува речиси непроменета.
Механизми за прилагодување на температурата.Кои механизми се во основата на прилагодувањата на телото или неговите индивидуални системи на неповолните температури? На молекуларно ниво, тие се поврзани со најважните интрацелуларни структури и процеси. Тоа е заза стабилноста на протеините и нуклеинските киселини на екстремни температури, одржувајќи одредена состојба на агрегација биолошки мембрани, првенствено мембрански липиди, акумулација на специфични соединенија кои го спречуваат формирањето на кристали мраз во клетките на температури под нулата итн. Различни адаптации на сите нивоа на организација на живите суштества - од молекуларни до екосистеми - се формираат со помош на генотипски и фенотипски механизми , кои обично се тесно испреплетени. Генотипските адаптации се развиваат во текот на многу генерации и се поврзани со природна селекција- тие се „снимени“ во геномот. Во текот на еволуцијата, најсериозната заштита произлезе од студот, дури и мала негативни температуриможе да има штетно влијание врз телото на топлокрвните животни. Главните механизми на адаптација се одредуваат со дејството на биолошките антифризови, одржувањето на одредена состојба на агрегација на мембранските липиди, како и мутациите што доведуваат до замени на аминокиселини кои ја обезбедуваат потребната флексибилност на протеините.
Се вчитува...
