Температура і її дію на живі організми

Значення температури полягає перш за все в безпосередньому її вплив на швидкість і характер протікання реакцій обміну речовин в організмах.

Біологічні властивості живих організмів, їх клітин і клітинних структур, а також білків зумовлюють можливість їх життєдіяльності в інтервалі температур від 0 до 50 ° С, однак загальний температурний діапазон активного життя на планеті значно ширше і обмежується наступними межами (табл. 42).

Серед організмів, здатних існувати при дуже високих температурах, слід назвати перш за все бактерії і деякі термофільні водорості, що населяють воду джерел з температурою 85- 87 ° С. Успішно переносять дуже високі температури (65-

80 ° С) накипні лишайники, насіння і вегетативні органи пустельних рослин (саксаул, верблюжа колючка, тюльпани), що знаходяться у верхньому шарі розпеченій грунту. Існує чимало видів тварин і рослин, що витримують великі значення мінусових температур. Полярні води з температурою від 0 до -2 ° населені різноманітними представниками рослинного і тваринного світу - мікроводоростями, безхребетними, рибами, життєвий цикл яких постійно відбувається в таких температурних умовах.

Значно більші адаптаційні можливості існують у організмів на закономірно повторювані сезонні періоди більш низьких температур зимового часу року. Багато рослин і тварини при відповідній підготовці успішно переносять в стані глибокого спокою або анабіозу гранично низькі температури на нашій планеті від -68 до -70 ° С (Якутія, Антарктида). У лабораторних експериментах насіння, пилок, спори рослин, нематоди, коловертки, цисти найпростіших і інших організмів, сперматозоїди після зневоднення або приміщення в розчини спеціальних захисних речовин - кріопротекторів - переносять температури, близькі до абсолютного нуля.

В даний час досягнуті успіхи щодо практичного використання речовин з кріопротекторними властивостями (гліцерин, поліетиленгліколь, диметилсульфоксид, сахароза, маніт та ін.) В біології, сільському господарстві, медицині. У розчинах кріопротекторів здійснюється тривале зберігання консервованої крові, сперми для штучного запліднення сільськогосподарських тварин, деяких органів і тканин для трансплантації; захист рослин від зимових морозів, ранньовесняних заморозків і т. п. Зазначені проблеми відносяться до компетенції кріобіології і кріомедицини і вирішуються багатьма науковими установами.

Життєдіяльність більшості організмів, їх активність залежить головним чином, від тепла, що надходить ззовні, а температура тіла - від значень температури навколишнього середовища і енергетичного балансу (співвідношення поглинання та віддачі променевої енергії). Такі організми називають пойкілотермнимі (ектотермних). Пойкилотермія (холоднокровні) властива всім мікроорганізмам, рослинам, безхребетним і значної частини хордових.

У представників двох вищих класів хребетних - птахів і ссавців - тепло, що виробляється як продукт біохімічних реакцій, служить істотним джерелом підвищення температури їх тіла і підтримки »€ е на постійному рівні незалежно від температури середовища. Такі організми називаються гомойотермним (ендотермнимі). За рахунок цієї властивості багато видів тварин здатні жити і розмножуватися при температурі нижче нуля (північний олень, білий ведмідь, ластоногі, пінгвіни). Підтримка та збереження високої температури тіла у теплокровних організмів здійснюється завдяки активному обміну речовин і хорошою теплової ізоляції, створюваної густим волосяним покривом, щільним оперенням або товстим шаром підшкірного жиру.

Окремим випадком гомойотермии є гетеротермія - різний рівень температури тіла в залежності від функціональної активності організму. Гетеротермія властива тваринам, що впадають в несприятливий період року в сплячку або тимчасове заціпеніння. При цьому висока температура їх тіла помітно знижується за рахунок сповільненого обміну речовин (ховрахи, їжаки, кажани, пташенята стрижів і ін.).

Межі витривалості великих значень температурного чинника різні як у пойкілотермних, так і у гомойотермних організмів. Еврітермние види здатні переносити коливання температури в широких межах.

Стенотермні організми живуть в умовах вузьких меж температури, підрозділяючись на теплолюбні стенотермні види (орхідеї, чайний кущ, кава, корали, медузи та ін.) І на холодолюбиві (кедровий стланик, передльодовиковій і тундрова рослинність, риби полярних басейнів, тварини абіссалі - області найбільших океанічних глибин і т. п.).

Для кожного організму або групи особин існує оптимальна зона температури, в межах якої діяльність виражена особливо добре. Вище цієї зони знаходиться зона тимчасового теплового заціпеніння, ще вище - зона тривалої бездіяльності чи річної сплячки, що межує з зоною високої летальної температури. При зниженні останньої нижче оптимуму знаходиться зона холодового заціпеніння, зимової сплячки і летальної низької температури.

Розподіл особин в популяції в залежності від зміни температурного чинника по території підпорядковується в цілому такий же закономірності. Зоні оптимальних температур відповідає найбільша щільність популяції, а по обидва боки від неї спостерігається зниження щільності аж до кордону ареалу, де вона найменша.

Температурний фактор на великій території Землі схильний різко вираженим добовим і сезонним коливанням, що в свою чергу обумовлює відповідний ритм біологічних явищ в природі. Залежно від забезпеченості тепловою енергією симетричних ділянок обох півкуль земної кулі, починаючи від екватора, розрізняють наступні кліматичні зони:

1. Тропічна зона. Мінімальна середньорічна температура перевищує 16 ° С, в найхолодніші дні не опускається нижче 0 ° С. Коливання температури в часі незначні, амплітуда не перевищує 5 °. Вегетація цілорічна.

2. Субтропічна зона. Середня температура найхолоднішого місяця не нижче 4 ° С, а самого теплого - вище 20 ° С. Мінусові температури рідкісні. Стійкий сніговий покрив взимку відсутній. Вегетаційний період триває. 9-11 міс.

3. Помірна зона. Добре виражені річний вегетаційний сезон і зимовий період спокою рослин. В основній частині зони стійкий сніговий покрив. Навесні і восени типові заморозки. Іноді ця зона поділяється на дві: помірно теплу і помірно холодну, для яких характерно чотири пори року.

4. Холодна зона. Середньорічна температура нижче 0 ° С, заморозки можливі навіть протягом короткого (2-3 міс.) Вегетаційного періоду. Дуже велике річне коливання температури.

Закономірність вертикального розміщення рослинності, грунтів, тваринного світу в гірських районах обумовлена ​​головним чином також температурним фактором. У горах Кавказу, Індії, Африки можна виділити чотири-п'ять рослинних поясів, послідовність яких знизу вгору відповідає послідовності широтних зон від екватора до полюса на одній і тій же висоті.