Температура

От температуры ОС зависит температура организмов и, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Большинство биохимических реакций в организмах осуществляется при участии ферментов – специализированных белковых катализаторов. Поэтому границы существования жизни – это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование белков, в среднем от 0 до 50⁰ С. Однако целый ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температуре тела, выходящей за эти пределы. Споры некоторых бактерий выдерживают нагревание до 180⁰ С. Семена, пыльца и споры растений, нематоды, коловратки, цисты простейших и ряд других организмов переносят температуры до –270⁰ С, возвращаясь затем к активной жизни. Приостановка всех жизненных процессов организма носит название анабиоза.

В ходе эволюции у живых организмов выработались разнообразные приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменениях температуры ОС:

1) различными биохимическими перестройками,

2) поддержанием температуры тела на более стабильном уровне, чем температура ОС.

Источником теплообразования в клетках организмов является тепло, выделяемое благодаря биохимическим процессам окисления и расщепления. Представители большинства видов не обладают достаточно высоким уровнем обмена веществ и не имеют приспособлений, позволяющих удерживать образующееся тепло. Их жизнедеятельность и активность зависят прежде всего от тепла, поступающего извне, а температура тела – от хода внешних температур. Такие организмы называют пойкилотермными (микроорганизмы, растения, беспозвоночные животные и др.).

У ряда групп высокоорганизованных животных на основе выработки собственного тепла развилась способность поддерживать постоянную оптимальную температуру тела, независимо от температуры среды. Таких животных называют гомойотермными (птицы и млекопитающие).

Частный случай гомойотермии – гетеротермия – свойственен животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение. В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в неактивном – пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ. Таковы суслики, ежи, летучие мыши, сони, стрижи, колибри.

Для каждого вида можно установить:

· нижнюю летальную Т или Т гибели от холода,

· верхнюю летальную Т или Т гибели от перегрева,

· Т оцепенения от холода и от жары,

· оптимальную предпочитаемую Т – Т, которую ищет животное - или тепловой префередум (ТП).

ТП изменяется в зависимости от физиологического состояния животного и внешних факторов среды. Тепловой префередум часто определяет особенности распространения животных в биотопах и их перемещения. Организмы могут избегать неблагоприятного температурного режима путем выбора соответствующего микроклимата: совершать миграции на значительные расстояния. Низкие Т могут влиять на плотность популяции – в северных границах ареалов распространения животного вид может стать более редким. Для животных, жизнедеятельность и активность которых зависит от внешнего тепла, низкие Т уменьшают количество поколений в году (поколений плодовой мухи в Гонолулу 11-12, в Алжире – 5, в Париже – 2).

Адаптации растений к крайним высоким Т:

· усиление транспирации тепла через устьица растений, что спасает от перегрева. Например, разница между температурой растения и воздуха у кактуса перуанских Анд составляет 24 градуса;

· отражение и рассеивание падающих на растение лучей благодаря глянцевитой поверхности листьев или густому опушению из светлых волосков;

· размещение листьев ребром к полуденным лучам солнца;

Адаптации к низким Т:

· при низких Т – приземистость, подушковидная форма роста, прижатость листьев побегов к субстрату;

Адаптации животных к низким Т:

· крупные размеры животных холодных широт – чем крупнее животное, тем меньше потери тепла;

· уменьшение поверхности ушей, хвоста, а шея и лапы становятся короче и вся форма животного более приземистой;

· для пойкилотермных животных: биохимические адаптации в неактивном состоянии; способы регуляции Т – перемена позы, активный поиск благоприятных микроклиматических условий, смена мест обитания, и т.д.;

· для гомойотермных – дрожание, жировые запасы, усиленное питание, густой мех, перьевой и особенно пуховой покров птиц;

Адаптации животных к высоким Т:

· испарение воды путем потоотделения или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей;

· увеличение поверхности тела за счет ушей, складок кожи и т.д.;

· уменьшение силы нагрева путем соответствующей позы (саранча располагает днем тело параллельно солнечным лучам),

· многие обитатели пустыни ведут ночной образ жизни.

3. Влажность

Протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организма в целом возможны только при достаточном обеспечении его водой – необходимым условием жизни.

Роль воды как экологического фактора определяется ее физическими свойствами и ее движением.

Кислотность воды: там, где рН выше 10 – вода гибельна для всех рыб. Оптимальная кислотность воды для рыб – 6,5 – 8,5, выносимая – 5-9.

Обычно многие пресноводные реки и озера имеют степень кислотности (щелочности), характеризующейся величинами рН около 7,0, иногда до 8,0. Выпадающим кислым дождям свойственны значения рн 3-4, до 2,4. В соответствии с этим в первую очередь начинает изменяться кислотность озерных и прудовых вод, преимущественно непроточных. Картина-схема градации величин рН, влияющей на водные гидробионты:

- при снижении рН до 7,0 вода приобретает нейтральную реакцию, в ней снижается содержание кальция, начинается гибель икры некоторых земноводных;

- при рН 6,6 начинают погибать некоторые улитки;

- при рН 6,0 исчезают пресноводные креветки;

- при рН 5,5 – 6,0 сокращаются численность и общее количество гидробионтов. Гибнет планктон, на дне начинают скапливаться неразложившиеся органические остатки;

- если рН опускается ниже 5,5, развиваются кислотолюбивые мхи, грибы, нитчатые водоросли, вымирают многие виды рыб;

- при рН 4,5 рыбы в озере практически не остается, органические остатки ложатся неразложенными на дно. Жизнь в озере замирает.

Текучие воды: движение воды приводит к выравниванию и понижению Т во всей ее толще и обогащению ее кислородом; рыба держится головой навстречу течению и пытается преодолеть его.

Растворенные вещества:распределение кислорода в воде озера зависит от Т и перемещения слоев. Выделяют: глубоководные озера – олиготрофные – низкая Т глубоких слоев, разложение органических остатков идет медленно, отсюда и богатство кислорода; эутрофные – неглубокие, придонные воды имеют небольшую Т, большая скорость распада органики, зеленый цвет воды, небольшое количество кислорода; дистрофные озера – высокое содержание гумусовых кислот, коричневый оттенок воды, большая кислотность воды, бедны растительностью и жизнью, мало кислорода.

Минеральные вещества – в естественных водах концентрация солей весьма различна. Соленость воды играет важную роль в распространении организмов. Виды, способные переносить повышенную соленость, обитают в солоноватых водах, численность их очень велика, но видовой состав беден.

Классификация организмов в зависимости от их потребностей в воде:

- водные или гидрофильные – постоянно живут в воде,

- гигрофильные – живут только в очень влажных местообитаниях с воздухом, насыщенным или близким к насыщению водяными парами – взрослые амфибии, дождевые черви, животные пещер...

- мезофильные – отличаются умеренной потребностью в воде, могут преносить смену сухого и влажного сезонов,

- ксерофильные – живут в сухих местообитаниях – в пустынях, прибрежных дюнах.

 

Влажность определяет:

- продолжительность жизни и скорость развития – квакши при низкой влажности погибают,

- плодовитость – у многих насекомых процесс размножения и величина кладок зависит от влажности воздуха,

- поведение – некоторые комары перестают питаться,

- и т.д.

Приспособления животных для обеспечения водного баланса:

· Поведенческие - поиски водопоев, выбор мест обитания, рытье нор и т.д. (в норах влажность воздуха приближается к 100 %, что экономит влагу в организме).

· Морфологические – разные образования, способствующие задержанию воды в теле: раковины наземных улиток, ороговевшие покровы рептилий и т.д.

· Физиологические – это способность к образованию метаболической влаги, экономии воды при выделении мочи и кала, развитие выносливости к обезвоживанию организма, величина потоотделения и отдачи воды со слизистых.