Какие приспособления к изменениям температуры. Приспособление организмов к среде. Адаптации животных к различным температурным условиям

Приспособление организмов к среде

Организмы в течение жизни испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить жару, засуху, морозы, голод. Приспособления.

1. анабиоз (мнимая смерть). Почти полная остановка обмена веществ. – мелкие организмы. При анабиозе организмы теряют до ½ или даже ¾ заключённой в тканях воды У беспозвоночных часто наблюдается явление диапаузы – пережидание неблагоприятных температурных условий, остановившись в своём развитии (стадия яйца, куколки у насекомых и т.д.).

2. скрытая жизнь. Высшие растения не могут выжить, в случае если клетка высохнет. В случае если частичное обезвоживание – выживет. (зимний покой растений, спячка животных, семена в почве,

3. Постоянство внутренней среды, несмотря на колебания внешней среды. Постоянная температура тела, влаги (кактусы). Но много тратится энергии.

4. Избегание неблагоприятных условий. (гнезда, зарываются в снег, перелœет птиц)

Примеры: Семена лотоса в торфе 2000лет., бактерии в льдах Антарктиды. У пингвинов температура 37-38, у северных оленей 38-39. кактусы. Мокрицы в Среднеазиатских сухих степях, Суслик серцебиение 300 ударов и 3.

Эволюционная адаптация

Виды адаптации:

Морфологические (защита от вымерзания: эпифиты – растут на других растениях, фанерофиты- почки защищены яешуйками (деревья, кустарники), криптофиты почки в почве, терофиты – однолетние растения. У животных – запасы жира, масса.

Физиологическая адаптация . : акклиматизация, высвобождение воды из жиров.

Поведенческая – выбор предпочтительного положения в пространстве.

Физическая – регулирование теплоотдачи. Химическая – поддержание температуры тела.

Эволюционная адаптация растений и животных к разным факторам среды легла в основу классификации видов.

1) По отношению к физическиме факторам среды

а) влияние температуры на организмы

Пределами толерантности для любого вида являются минимальная и максимальная летальные температуры. Большинство живых существ способно жить при температуре от 0 до 50ºС, что обусловлено свойствами клеток и межклеточной жидкости. Адаптация животных к температуре среды шла в 2 направлениях:

– пойкилотермные животные (холоднокровные) – их температура тела меняется в широких пределах исходя из температуры окружающей среды (беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). Их приспособлением к изменениям температуры является впадение в анабиоз.

– гомойотермные животные (теплокровные) – животные, имеющие постоянную температуру тела (птицы (около 40ºС) и млекопитающие, в т.ч. человек (36–37ºС)). Гомойотермные животные могут выдерживать температуру ниже 0ºС. Для этих организмов характерно явление теплорегуляции .

Теплорегуляция (терморегуляция) – способность человека, млекопитающих и птиц поддерживать температуру мозга и внутренних органов в узких определённых границах, несмотря на значительные колебания температуры внешней среды и собственную теплопродукцию.При перегревании – происходит расширение кожных капилляров, и с поверхности тела происходит теплоотдача,– увеличивается потоотделœение, за счёт испарения температура тела охлаждается (человек, обезьяны, непарнокопытные),– у непотеющих животных происходит тепловая одышка (испарение влаги происходит с поверхности ротовой полости и языка).При охлаждении– происходит сужение кожных сосудов, теплоотдача от них уменьшается,– поднимаются перья и волосы и шерсть на поверхности тела, в результате увеличивается воздушная прослойка между ними, являющаяся теплоизолирующей.

Вместе с тем, для теплокровных животных характерны постоянные приспособления к повышенным или пониженным температурам:

1) Варьирование размеров тела. В соответствии с правилом Бергмана : у теплокровных животных размер тела особей в среднем больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала распространения вида. Это связано с уменьшением отношения:

.

Чем меньше это отношение, тем меньше теплоотдача.

2) Наличие шерстного и перьевого покрова. У животных, живущих в более холодных областях, увеличивается количество подшерстка, пуха, пуховых перьев у птиц. В условиях сезонности возможна линька, когда в зимнем шерстном покрове больше пуха и подшёрстка, а в летнем – только остевые волосы.

3) Жировая прослойка. Является теплоизолирующей. Особенно распространена у морских животных, обитающих в холодных морях (моржи, тюлени, киты и т.д.)

4) Жировой покров . Покров перьев водоплавающих птиц специальным водонепроницаемым покровом, препятствующим проникновению воды и слипанию перьев, ᴛ.ᴇ. сохраняется воздушная теплоизолирующая прослойка между перьями.

5) Зимняя спячка. Спячка – состояние пониженной жизнедеятельности и обмена веществ, сопровождающееся торможением нервных реакций. Перед впадением в спячку животные накапливают в организме жир и укрываются в убежищах. Спячка сопровождается замедлением дыхания, сердцебиения и др.
Размещено на реф.рф
процессов. Температура тела снижается до 3–4ºС. Некоторые животные (медведи) сохраняют нормальную t тела (это зимний сон ). В отличие от анабиоза холоднокровных животных, во время спячки теплокровные животные сохраняют способность контролировать физиологическое состояние с помощью нервных центров и поддерживать гомеостаз на новом уровне.

6) Миграции животных (характерны для и теплокровных, и холоднокровных) – сезонное явление. Примером являются перелёты птиц.

Адаптация растений к температуре. Большинство растений может существовать при температуре от 0 до 50ºС. При этом активная жизнедеятельность осуществляется при температурах от 10 до 40 ºС. В этом диапазоне температур может происходить фотосинтез. Вегетационный период растений – период со среднесуточными температурами выше +10ºС.

По способу адаптации к изменениям температуры растения делятся на 3 группы:

– фанерофиты (деревья, кустарники, лианы) – сбрасывают всœе зелёные части на холодный период, а их почки остаются зимой над поверхностью снега и защищаются покровными чешуйками;

– криптофиты (геофиты) – также теряют всю видимую растительную массу на холодный период, сохраняя почки в клубнях, луковицах или корневищах, скрытых в почве.

– терофиты – однолетние растения, отмирающие с наступлением холодного сезона, выживают лишь семена или споры.

б) влияние освещённости на организмы

Свет - ϶ᴛᴏ первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Свет участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединœений из неорганических веществ растительностью Земли. По этой причине влияние света в большей степени важно для растений. В фотосинтезе участвует часть спектра (от 380 до 760 нм) – область физиологически активной радиации.

По отношению к освещённости выделяются 3 группы растений:

– светолюбивые – для таких растений оптимумом является яркий солнечный свет – травянистые растения степей и лугов, древесные растения верхних ярусов.

– тенелюбивые – для этих растений оптимумом является слабая освещённость – растения нижних ярусов таёжных ельников, лесостепных дубрав, тропических лесов.

– теневыносливые – растения, имеющие широкий диапазон толерантности к свету и могут развиваться как при яркой освещённости, так и в тени.

Свет имеет большое сигнальное значение и является основой фотопериодизма.

Фотопериодизм - ϶ᴛᴏ реакция организма на сезонные изменения длины дня. От фотопериодизма зависит время зацветания и плодоношения у растений, начало периода спаривания у животных, время начала миграции у перелётных птиц. Фотопериодизм широко используется в с/х.

в) влияние условий увлажнения на организмы

Условия увлажнения зависят от двух факторов:– количество осадков; – испаряемость (количество влаги, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может испариться при данной температуре)

По отношению к влаге всœе растения делятся на 4 группы:

– гидатофиты – водные растения целиком или большей частью погруженные в воду. Οʜᴎ бывают прикреплены корнями к грунту (кувшинка), другие не прикреплены (ряска);

– гидрофиты – водные растения, прикреплённые к почве и погруженные в воду только нижними своими частями (рис, рогоз);

– гигрофиты – растения влажных местообитаний. Не имеют приспособлений, ограничивающих расход воды (травянистые растения лесной зоны);

– мезофиты – растения, переносящие незначительную засуху (большинство древесных растений, злаковые растения степей);

– ксерофиты – растения сухих степей и пустынь, имеющие приспособления к недостатку влаги:

а) склерофиты – растения с большой корневой системой, способной всасывать влагу из почвы с большой глубины, и с мелкими листьями или листьями, преобразованными в колючки, что способствует снижению площади испарения (верблюжья колючка);

б) суккуленты – растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях (кактусы, молочаи).

– эфемеры – растения, проходящие свой жизненный цикл за очень короткий срок (период дождей или таяния снегов) и к периоду засухи образующие семена (маки, ирисы, тюльпаны).

Приспособления животных к засухе:

– поведенческие способы (миграция) – характерны для животных саванн в Африке, Индии, Южной Америке;

– образование защитных покровов (раковины улиток, роговые покровы рептилий);

– впадение в анабиоз (рыбы, земноводные в африканских и австралийских пересыхающих водоёмах);

– физиологические способы – образование метаболической воды (воды, образующейся в результате обмена веществ за счёт переработки жиров) – верблюды, черепахи, овцы.

г) влияние движения воздуха на организмы. Движение воздушных масс должна быть в виде их вертикального перемещения – конвекции, или в виде ветра, т. е. горизонтального перемещения. Движение воздуха способствует расселœению спор, пыльцы, семян, микроорганизмов. Анемохоры – приспособления для распространения ветром (парашутики одуванчика, крылья семян клёна и т.д.). Угнетающее действие ветер может оказывать на птиц и других летающих животных

д) влияние движения воды на организмы. Основные виды движения воды – волны и течения.Учитывая зависимость отскорости течения:

– в спокойных водах – у рыб сплюснутое с боков тело (лещ, плотва)

– в быстротекущих водах – тело рыб округлое в сечении (форель).

Вода – плотная среда, в связи с этим в целом всœе водные животные имеют обтекаемую форму тела: как рыбы, так и млекопитающие (тюлени, киты, дельфины), и даже моллюски (кальмары, осьминоги). Самая совершенная морфологическая адаптация к движению в воде – у дельфина, в связи с этим он может развивать в воде очень большие скорости и выполнять сложные маневры.

2) химические факторы среды

а) Химические факторы воздушной среды

Состав атмосферы:‣‣‣ азот –78,08%;‣‣‣ кислород – 20,95 %;‣‣‣ аргон, неон и другие инœертные газы – 0,93 %;‣‣‣ углекислый газ – 0,03 %;‣‣‣ прочие газы 0,01.

Лимитирующим фактором является содержание углекислого газа и кислорода. В приземном слое атмосферы содержание углекислого газа находится в минимуме толерантности, а кислорода – в максимуме толерантности растений по этим факторам.

Адаптация к недостатку кислорода:

а) У почвенных животных и животных, живущих в глубоких норах.

б) У высокогорных животных: – повышение объёма крови,– увеличенное количество эритроцитов (кровяных клеток, переносящих кислород),– повышенное содержание гемоглобина в эритроцитах,– повышенное сродство гемоглобина к кислороду, ᴛ.ᴇ. 1 молекула гемоглобина может переносить больше молекул кислорода, чем у равнинных животных.(ламы, альпаки, горные козлы, снежные барсы, яки, горные куропатки, фазаны).

в) У ныряющих и полуводных животных: – повышенный относительный объём лёгких,– больше объём и давление воздуха в лёгких при вдыхании,– приспособления, характерные для горных животных.(дельфины, киты, тюлени, каланы, морские змеи и черепахи, опуши).

г) у водных животных (гидробионтов) - ϶ᴛᴏ приспособления к использованию кислорода из водного раствора: – наличие жаберного аппарата͵ имеющего большую площадь поверхности,– густая сеть кровеносных сосудов в жабрах, обеспечивающих наиболее полное всасывание кислорода из раствора,– увеличенная поверхность тела, которая является у многих беспозвоночных важным каналом диффузионного поступления кислорода.Рыбы, моллюски, ракообразные).

б) Химические факторы водной среды

а) содержание СО 2 (повышенное содержание углекислого газа в воде может привести к гибели рыб и др.
Размещено на реф.рф
водных животных; с другой стороны при растворении в воде СО 2 , образуется слабая угольная кислота , легко образующая карбонаты (соли угольной кислоты), являющиеся основой скелœетов и раковин водных животных);

б) кислотность среды (инструментом поддержания кислотности являются карбонаты, водные организмы имеют очень узкий диапазон толерантности к этому показателю)

в) солёность воды – содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов, измеряется в промилле ‰ (грамм солей на литр воды). В океане 35 ‰. Максимальная солёность в Мёртвом море (270 ‰). Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские – в реках. При этом, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.

3. Эдафические факторы – почвенные условия произрастания растений.

а) физические:– водный режим,– воздушный режим,– тепловой режим,– плотность,– структура.

б) химические:– реакция почвы,– элементарный химический состав почвы, – бменная способность.

Важнейшее свойство почвы – плодородие - ϶ᴛᴏ способность почвы удовлетворять потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде и на этой базе обеспечивать урожай сельскохозяйственных структур, а также биогенную продуктивность диких форм растительности.

Приспособление растений к засолению:

Солеустойчивые растения называют галофитами (солерос, полыни, солянки) – эти растения произрастают на солонцах и солончаках.

Приспособление организмов к среде - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Приспособление организмов к среде" 2017, 2018.

Температура является важнейшим экологическим фактором. Температура оказывает огромное влияние на многие стороны жизнедеятельности организмов их географии распространения, размножения и другие биологические свойства организмов зависящие в основном от температуры. Некоторые виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться в горячих источниках при температуре, близкой к точке кипения. Верхний температурный предел для бактерии горячих источников лежит около 90°С. Любой вид способен жить только в пределах определенного интервала температур, так называемые максимальной и минимальной летальной температурами. За пределами этих критических крайних температур, холод или жара, наступает смерть организма. Некоторые животные способны поддерживать постоянную температуру тела, не зависимо от температуры окружающей среды. Такие организмы называются гомойотермными. У других животных температура тела меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Их называют пойкилотермными. В зависимости от способа адаптации организмов к температурному режиму они делятся на две экологические группы: криофилы - организмы приспособленные к холоду, к низким темпера турам; термофилы - или теплолюбивые.

В природе температура непостоянна. Организмы, которые обычно подвергаются воздействию сезонных колебаний температур, что наблюдается в умеренных зонах, хуже переносят постоянную температуру. Резкие колебания температуры – сильные морозы или зной – также неблагоприятны для организмов. Существует много приспособлений для борьбы с охлаждением или перегревом. С наступлением зимы растения и пойкилотермные животные впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ резко снижается, в тканях запасается много жиров и углеводов. Количество воды в клетках уменьшается, накапливаются сахара и глицерин, препятствующие замерзанию. В жаркое время года включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных в этих условиях также усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожные покровы. Кроме того, пойкилотермные животные избегают перегрева путем приспособительного поведения: выбирают местообитания с наиболее благоприятным микроклиматом, в жаркое время дня скрываются в норах или под камнями, проявляют активность в определенное время суток и т.д.

Таким образом, температура окружающей среды представляет собой важный и зачастую ограничивающий жизненные проявления фактор.

В отличие от растений животные, обладающие мускулатурой, производят гораздо больше собственного, внутреннего тепла. При сокращении мышц осво­бождается значительно больше тепловой энергии, чем при функционировании любых других органов и тканей, так как КПД использования химической энергии для совершения мышечной работы относительно низок. Чем мощнее и активнее мускулатура, тем больше тепла может генерировать животное. По сравнению с растениями животные обладают более разнообразными возможностями регулировать температуру собственного тела.

Основные пути температурных адаптации у животных следующие:

Химическая терморегуляция - увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры среды; Многие животные способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет работы мышц, однако с прекращением двигательной активности тепло перестает вырабатываться и быстро рассеивается из организма по причине несовершенства механизмов физической терморегуляции. Например, шмели разогревают тело специальными мышечными сокра­щениями- дрожью - до +32... + 33°С, что дает им возможность взлетать и кормиться в прохладную погоду. Пчёлы усиленно машут крыльями, чтобы увеличить температуру в улье («общественная» регуляция температуры). Самка питона, обвивается вокруг кладки с яйцами и сокращает мускулатуру, что увеличивает температуру тела и эффективно поддерживает постоянную температуру кладки. Поддержание температуры за счет возрастания теплопродук­ции требует большого расхода энергии, поэтому животные при уси­лении химической терморегуляции либо нуждаются в большом ко­личестве пищи, либо тратят много жировых запасов, накопленных ранее. Например, бурозубка крошечная имеет исключительно вы­сокий уровень обмена. Чередуя очень короткие периоды сна и ак­тивности, она деятельна в любые часы суток, не впадает в спячку зимой и в день съедает корма в 4 раза больше собственной массы. Частота сердцебиения у бурозубок до 1000 ударов в минуту. Также и птицам, остающимся на зиму, нужно много корма; им страшны не столько морозы, сколько бескормица. Так, при хорошем урожае семян ели и сосны клесты зимой даже выводят птенцов.

Усиление химической терморегуляции, таким образом, имеет свои пределы, обусловленные возможностью добывания пищи.

При недостатке корма зимой такой тип терморегуляции экологи­чески невыгоден. Он, например, слабо развит у всех животных, обитающих за полярным кругом: песцов, моржей, тюленей, белых медведей, северных оленей и др. Для обитателей тропиков химическая терморегуляция также не характерна, поскольку у них практически не возникает необходимости в дополнительном про­дуцировании тепла.

Физическая терморегуляция - изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток. Физическая терморегуляция осуществляется благодаря особым анатомическим и морфологическим чертам строения животных: волосяному и перьевому покровам, рефлекторному сужению (для консервации тепла в организме) и расширению(для усиления отдачи тепла) кровеносных сосудов кожи, изменению теплоизолирующих свойств меха и перьевого покрова, регуляции испарительной теплоотдачи.

Густой мех млекопитающих, перьевой и особенно пуховый по­кров птиц позволяют сохранять вокруг тела прослойку воздуха с температурой, близкой к температуре тела животного, и тем са­мым уменьшить теплоизлучение во внешнюю среду. Теплоотдача регулируется наклоном волос и перьев, сезонной сменой меха и оперения. Исключительно теплый зимний мех животных Заполярья позволяет им в холода обходиться без повышения обмена веществ и снижает потребность в пище. Например, песцы на побережье Северного Ледовитого океана зимой потребляют пищи даже меньше, чем летом.

У животных холодного климата слой подкожной жировой клетчатки распределен по всему телу, так как жир -хороший теплоизолятор. У животных жаркого климата подобное распределение жировых запасов приводило бы к гибели от перегрева из-за не­возможности выведения избытка тепла, поэтому жир у них запасается локально, в отдельных частях тела, не мешая теплоизлуче­нию с общей поверхности (верблюды, курдючные овцы, зебу и др.).

Системы противоточного теплообмена, помогающие поддержи­вать достоянную температуру внутренних органов, обнаружены в лапах и хвостах у сумчатых, ленивцев, муравьедов, полуобезьян, ластоногих, китов, пингвинов, журавлей.

Чрезвычайно высокая сопротивляемость гомойотермных животных перегреванию была блестяще продемонстрирована около двух­сот лет назад в опыте доктора Ч. Блэгдена в Англии. Вместе с несколькими друзьями и собакой он провел 45 мин в сухой камере при температуре +126°С без последствий для здоровья. В то же время кусок мяса, взятый в камеру, оказался сваренным, а хо­лодная вода, испарению которой препятствовал слой масла, на­грелась до кипения.

Физическая терморегуляция экологически более выгодна, так как адаптация к холоду осуществляется не за счет дополнительной выработки тепла, а за счет сохранения его в теле животного.

Эффективным механизмом регуляции теплообмена служит испарение воды путем потоотделения или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей. Способность к образованию пота у разных видов различна. Человек при сильной жаре может выделить до 12 л пота в день, рассеивая тепло в десятикратном количестве по сравнению с нормой. Выделяемая вода, естественно, должна возмещаться через питье. У некоторых животных испарение идет только через слизистые оболочки рта. У собаки, для которой одышку - основной способ испарительной терморегуляции, частота дыхания при этом доходит до 300-400 вдохов в минуту. Многие рептилии при приближении температуры к верхней критической начинают тяжело дышать или держать рот открытым, усиливая отдачу воды со слизистых оболочек, некоторые виды животных используют для охлаждения организма испарение слюны, которой они смачивают поверхность тела. Обитатели севера, как песец, заяц-беляк, тундряная куропатка, нормально жизнедеятельны и активны даже в самые сильные морозы, когда разница температуры воздуха и тела составляет свыше 70°С.

Регуляция температуры через испарение требует траты организмом воды и поэтому возможна не во всех условиях существования.

Поведение организмов. Перемещаясь в пространстве,
животные могут активно избегать крайних температур. Для многих живот­ных поведение является почти единственным и очень эффективным способом поддержания теплового баланса. Существует два главных принципа поведенческой терморегуляции: активный выбор мест с наиболее благоприятным микроклиматом и смена поз. Переменой позы животное может усилить или ослабить на­гревание тела за счет солнечной радиации. Например, пустынная саранча в прохладные утренние часы подставляет солнечным лу­чам широкую боковую поверхность тела, а в, полдень - узкую спинную. Ящерица повышает температуру тела на прямом солнце до 37 0 С всего за 20 мин. В сильную жару животные прячутся в тень, скрываются в норах. В пустынях днем, например, некоторые виды ящериц и змей взбираются на кусты, избегая соприкосновения с раскаленной поверхностью почвы. К зиме многие животные ищут убежища, где ход температур более сглажен по сравнению с открытыми местами обитания. При обогреве животные не только перемещаются на солнечные участки, но и принимают специфические позы обогрева. Например, рано утром игуаны принимают «распростёртые» позы и поверхность, обогреваемая солнцем максимальна, при перегреве ящерицы принимают»приподнятую» позу: голова и шея вытянуты вверх, грудь и передняя часть живота приподняты над субстратом.

Еще более сложны формы поведения общественных на­секомых: пчел, муравьев, термитов, которые строят гнезда с хоро­шо регулируемой внутри них температурой, почти постоянной в период активности насекомых.

Особый интерес представляет групповое поведение животных в целях терморегуляции. Например, некоторые пингвины в силь­ный мороз и бураны сбиваются в плотную кучу, так называемую «черепаху». Особи, оказавшиеся с краю, через некоторое время пробиваются внутрь, и «черепаха» медленно кружится и переме­щается. Внутри такого скопления температура поддерживается около +37°С даже в самые сильные морозы. Обитатели пустынь верблюды в сильную жару также сбиваются вместе, прижимаясь друг к другу боками, но этим достигается противоположный эффект- предотвращение сильного нагревания поверхности тела солнечными лучами. Температура в центре скопления животных равна температуре их тела, +39°С, тогда как шерсть на спине и боках крайних особей нагревается до +70 с С.

Рисунок 2- Особенности строения нор и расположения гнезд разных видов млекопитающих: 1- логово зайца-русака в песчаных дюнах; 2- снежная нора зайца-русака; 3 - летняя нора полуденной песчанки; 4- нора малого суслика; 5- нора выхухоли; 6 - хатка он­датры {а - гнездовые камеры; б - кормовые камеры и запасы пищи); 7- гнезда рыжей полевки в дупле дуба; 8- зимнее гнездо обыкновенной белки.

Для пойкилотермных, особенно сложно противостоять недостатку тепла, с понижением температуры среды все процессы жизнедеятельности сильно замедляются и животные впадают в оцепенение. В таком неактивном состоянии они обладают высокой холодоустойчивостью, которая обеспечивается в основном биохимическими адаптациями. Чтобы перейти к активности, животные сначала должны получить определенное количество тепла извне.

В противоположность пойкилотермным, при действии холода, в организме гомойотермных животных окислительные процессы не ослабевают, а усиливаются, особенно в скелетных мышцах. У многих животных отмечается мышечная дрожь, приводящая к выделе­нию дополнительного тепла. Кроме того, клетки мышечной и многих других тканей выделяют тепло и без осуществления рабочих функций, приходя в состояние особого терморегуляционного тонуса. Тепловой эффект мышечного сокращения и терморегуляционного тонуса клеток резко возрастает при снижении температуры среды.

При продуцировании дополнительного тепла особенно усиливается обмен липидов, так как нейтральные жиры содержат основ­ной запас химической энергии. Поэтому жировые запасы живот­ных обеспечивают лучшую терморегуляцию. Млекопитающие обладают даже специализированной бурой жировой тканью, в которой вся освобождающаяся химическая энергия, вместо того чтобы переходить в связи АТФ, рассеивается в виде тепла, т. е. идет на обогревание организма. Бурая жировая ткань наиболее развита у животных холодного климата.

Немаловажное значение для поддержания температурного баланса имеет отношение поверхности тела к его объему, так как в конечном счете, масштабы продуцирования тепла зависят от мас­сы животного, а теплообмен идет через его покров, поэтому при адаптации к холоду проявляется закон экономии поверхности , так как компактная форма тела с минимальным отношением площади к объему наиболее выгодна для сохранения тепла.

Связь размеров и пропорций тела животных с климатическими условиями их обитания была подмечена еще в XIX в. Согласно правилу К. Бергмана , если два близких вида теплокровных отличаются размерами, то более крупный обитает в более холодном, а мелкий - в теплом климате. Бергман подчеркивал, что эта закономерность проявляется лишь в том случае, если виды не различаются другими приспособлениями к терморегуляции.

Д.Аллен в 1877 г. подметил, что у многих млекопитающих и птиц северного полушария относительные размеры конечностей и различных выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов ) увеличиваются к югу. Терморегуляционное значение отдельных участков тела далеко не равноценно. Выступающие части имеют большую относительную поверхность, которая выгодна в условиях жаркого климата. У многих млекопитающих, например, особое значение для поддержания теплового баланса имеют уши, снабженные, как правило, большим количеством кровеносных сосудов. Огромные уши африканского слона, маленькой пустынной лисички фенека, американского зайца превратились в специализированные органы терморегуляции.

Из-за свойств цитоплазмы клеток все живые существа способны жить при температуре между 0 и 50 °С. Большинство мест обитаний на поверхности нашей планеты имеет температуру именно в этих пределах; для каждого вида выход за эти пределы означает гибель либо от холода, либо от жары. Однако имеются виды, которые могут приспосабливаться к экстремальным температурам и выдерживать их в течение дли-тельного времени. Например, имеются бактерии и сине-зеленые водоросли, населяющие источники с температурой выше 85 °С. Животные менее стойки. Раковинные амебы встречаются при 58 °С, личинки многих двукрылых могут жить при температуре около 50 °С. Обитающие высоко в горах щетинохвостки, ногохвостки и клещи прекрасно выживают при температуре ночью около -10 °С. Полярные воды с температурой около 0 °С населены богатой и разнообразной фауной, питающейся микроскопическими водорослями.

Для того чтобы сохранить температуру тела постоянной, животное должно либо уменьшить потери тепла эффективной защитой, либо увеличить производство тепла. Это достигается весьма разнообразными способами. Прежде всего, важен защитный покров, будь то шерсть, перья или жировой слой. Защитная роль покровов животных, а также одежды человека заключается в том, что они задерживают конвекционные потоки, замедляют испарение, ослабляют или совсем прекращают лучеиспускание. Защитная роль шерстяного покрова хорошо известна. Благодаря ему ездовая собака может, спать на снегу при температуре –50 °С. С приближением зимы мех ее становится гуще и длиннее. Не менее эффективны и перья. Перья и шерсть не просто пассивные оболочки. Распушив их, птицы и животные создают воздушную подушку с хорошими теплоизоляционными свойствами. Хорошо известна и защитная роль жира. Несмотря на то, что у китов, тюленей, моржей голая шкура, которая имеет толщину 2-3 мм, они часами плавают в ледяной воде. Под кожей у них находится толстый слой жира, который хорошо ослабляет утечку тепла. Жировые запасы императорского пингвина достигают 10-15 кг, при общей массе 35 кг. Кончики лап и кончик носа не могут быть покрыты шерстью, перьями или жиром, так как иначе они не выполняли бы своих основных функций. Существуют различные механизмы для сохранения тепла в незащищенных местах, действующие за счет теплообмена в пучках кровеносных сосудов, где соприкасаются вены и артерии. Оказывается, что уши, хвост, лапы тем короче, чем холоднее климат. Хорошим примером этого может служить лисица: фенек Сахары имеет длинные конечности и огромные уши; лисица европейской зоны более приземиста, уши ее намного короче; у песца, живущего в Арктике, очень маленькие уши и короткая морда. Температура лапы (или плавника) животного отличается от температуры тела. Она равна температуре среды. Например, температура тела белой куропатки может превышать температуру ее лап на З8 °С. Это очень важно. Ведь если бы лапы, соприкасающиеся со снегом, были теплыми, то снег под ними растаял бы и птица могла бы примерзнуть. Кроме того, понижение температуры конечностей снижает теплоотдачу Хорошо известный прием защиты от холода - зимняя спячка. Многие млекопитающие способны при этом значительно снижать интенсивность обмена веществ. Температура их тела может упасть до 0 °С. Перестав двигаться, они тратят запасенные резервы очень медленно. Таковы сурок, соня, летучие мыши, бурый медведь. Борьба с перегревом осуществляется в основном путем увеличения испарения. Все видели, как в жару собака высовывает язык, потому что у нее очень мало потовых желез.

Каждый организм живет, развивается и эффективно размножается только в определенном интервале температур окружающей среды. На температурной шкале, таким образом, можно указать две точки, которые определяют зону жизни данного вида, называемую зоной температурной толерантности, и зону летальных температур, находящуюся вне зоны толерантности. Точки, ограничивающие зону температурной толерантности, называются критическими. Их определяют на основе данных о смертности особей на границе зоны толерантности. В границах зоны температурной толерантности и за ее пределами существует ряд характерных проявлений или реакций организма. Центр зоны толерантности составляет тепловой оптимум, в границах которого все процессы жизнедеятельности протекают наиболее экономично. В полосе высоких температур наступает явление температурного оцепенения. Дальнейшее повышение температуры приводит к перегреву организма и его гибели. При температурах ниже оптимальной организм вступает в неблагоприятную зону, где происходит оцепенение от холода. Дальнейшее понижение температуры, в особенности переход через 00, вызывает с начала переохлаждение жидкостей тела, после чего в зависимости от степени концентрации солей в этих жидкостях организм достигает точки критической температуры. В этой точке начинается замерзание жидкостей тела, причем температура организма с начала ненадолго повышается, после чего происходит медленное замерзание жидкостей тела, и организм переходит в состояние анабиоза. Полное замерзание жидкостей тела приводит к смерти. Летальное действие низких температур зависит от стадии развития организма.

У человека нормальная жизнедеятельность возможна в диапазоне всего в несколько градусов: понижение температуры тела ниже 360С и повышение выше 40-410С опасно и может иметь тяжелые последствия для организма (замерзание, тепловой удар).

Ощущение температуры окружающей среды зависит от температуры кожи, которая при температуре окружения 32-350С не чувствует ни переохлаждения, ни перегрева. Восприятия температурных условий среды связано с суточным ритмом метаболизма человека и сопутствующими условиями. Зона температурного комфорта для человека составляет 17-270С. Субъективное ощущение климатического комфорта связано с уровнем активности человека, температурой излучения, одеждой, температурой и относительной влажностью воздуха, а также скоростью ветра. В квартирах, где движение воздуха не имеет большой значимостью, условия теплообмена и самочувствие человека определяются температурными условиями и влажностью. Высокая влажность воздуха компенсирует более низкую температуру.

Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, изменяет направленность многих физиологических механизмов организма. Понижение температуры сопровождается повышением возбудимости нервной системы, а также усилением секреции гормонов надпочечников. Увеличивается уровень основного обмена. Общая и местная гипотермия вызывает ознобление кожи и слизистых оболочек, воспаление стенок сосудов и нервных стволов. Охлаждение при потении, резкие перепады температур и глубокое охлаждение внутренних органов приводят к простудным заболеваниям.

Влияние низких температур на человека усиливается под действием ветра. Совместному действию ветра и холода особенно подвержены руки и ноги, которые часто бывают открыты даже в условиях суровой зимы. Из трех частей лица: лба, щек и носа - самым чувствительным является лоб, который в нормальных условиях - одна из самых теплых областей поверхности тела.

Приспособление к холоду у человека обеспечивается различными способами. Критическая температура для европейца без одежды заключена в границах от 270 до 290С. При снижении температуры ниже критической европеец реагирует повышением обмена веществ. Однако коренные жители Австралии, особенно в ее центральной и южной частях, ночью спят, не укрывая тела. При ночном переохлаждении у спящих аборигенов наступает изоляционная гипотермия. Она заключается в охлаждении поверхности тела на несколько градусов без метаболических реакций, что приводит к уменьшению потерь тепла. Такая адаптация, однако, отсутствует у эскимосов, живущих в самых холодных арктических районах. Им присущи метаболические адаптации европейского типа. Это связано с характером одежды, которая идеально предохраняет их тело от температуры окружения, достигающей - 500С.

Таким образом, у человека при адаптации к холоду перестраиваются различные виды обмена веществ, сохраняются гипертрофированными надпочечники. Уплотняется поверхностный слой открытых участков кожи, увеличивается жировая прослойка, в охлажденных местах откладывается бурый жир. В реакции приспособления к холоду вовлекаются все физиологические системы организма. Повышается общий обмен веществ, усиливается функция щитовидной железы, кровообращения мозга, сердечной мышцы, печени, увеличивается количество катехоламинов. Это усиление метаболических реакций создает резерв существования организма при низких температурах.

При повышении температуры основной обмен у человека снижается. Первыми реагируют дыхательная и сердечно-сосудистая системы. Значительное повышение температуры вызывает расширение периферических кровеносных сосудов, учащение пульса и дыхания, увеличение минутного объема крови и снижение артериального давления. Кровоток в мышцах и во внутренних органах уменьшается. Также падает возбудимость нервной системы.

Сопротивляемость человека воздействию тепла значительно выше, чем воздействию холода, что обусловлено выделением пота. Этот процесс может удалять из тела человека энергию, в 14 раз превышающую величину ее производства при метаболизме в состоянии покоя. Таким образом, эффективность терморегуляции посредством выделения пота огромна.

При внезапном повышении температуры окружения человеческий организм реагирует расслаблением и невозможностью выполнения заданий, нормально осуществляемых при несколько более низких температурах. Появляется желание освободиться от одежды, сильная потливость и повышенная раздражительность. Приспособление к повышенной температуре длится, как правило, несколько дней и состоит в повышении температуры тела, замедлении ритма сердечной деятельности и возрастании потоотделения.

Если температура внешней среды достигает 27-380С (температура крови), теплоотдача осуществляется главным образом за счет потения. В случае его затруднения при высокой влажности окружающей среды происходит перегревание организма. Это сопровождается повышением температуры тела, нарушением вводно-солевого обмена и витаминного равновесия. Происходит образование недоокисленных продуктов обмена веществ. Начинается сгущение крови. При перегревании могут иметь место нарушения кровообращения и дыхания. Вначале имеет место повышение, а затем падение артериального давления. При многократно повторяющемся действии высоких температур происходит повышение толерантности к тепловым факторам. Изменение температуры окружающей среды в сторону от зоны температурного комфорта при срыве адаптацией сопровождается нарушением процессов саморегуляции и возникновением патологических реакций.

Основной формой защиты организма от перегрева является прохладная одежда - легкая, хорошо вентилируемая, длинная, со складками. Она сокращает на половину поглощение энергии излучения, а потери воды - до 2/3.