Охарактеризуйте влияние температуры на живые организмы. Влияние температуры на живые организмы. Что будем делать с полученным материалом

Температура в биосфере колеблется от +50°С до -50°С.

Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре до -8, -10°С. Это бактерии, грибы, черви, моллюски, рыбы и другие, живущие в арктической и антарктической областях.

Виды, живущие в области высоких температур, относятся к группе термофилов. Это микроорганизмы, нематоды, клещи, личинки насекомых, живущие в аридных областях, в горячих источниках, на склонах вулканов.

По правилу Вант-Гоффа повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции для всех химических реакций. Но в живых организмах химические процессы идут с участием ферментов, активность которых зависит также от температуры. Возникает сложная, непропорциональная зависимость.

Величина температурного ускорения химических реакций выражают коэффициентом (2ю = Кг+ю/К

где Кг - скорость реакции при температуре 1;; Кг+10 - скорость реакции при температуре 1+10. Температурный порог жизни (теоретически): верхний - температура свертывания белка (60°С); нижний - температура замерзания воды (0°С). При 0°С образуются кристаллы льда, которые механически повреждают ткани.

Обезвоживание увеличивает этот порог (споры, семена). У сложных организмов тепловая гибель наступает при более низких температурах: 42 - 43 °С, причиной является рассогласование обменных процессов, т.к. По принципиальным особенностям теплообмена различают пойкилотермные и гомойотермные организмы.

Пойкилотермные (изменчивый, меняющийся) - холоднокровные, все, кроме птиц и млекопитающих. Температура тела неустойчива, зависит от температуры окружающей среды. Низкий уровень метаболизма, главный источник тепла - внешнее тепло.

При изменении температуры меняются также скорость обменных процессов. У растений поглощение воды корнями уменьшается на 60-70% при понижении температуры от 20 до 0 °С. У животных и у растений повышение температуры вызывает усиление дыхания. От температуры зависит продолжительность развития. Для осуществления генетической программы развития пойкилотермным организмам необходимо получить извне определенное оличество тепла. Это тепло измеряется суммой эффективных температур.

Эффективными температурами называют температуру выше того минимального значения, при котором процессы развития вообще возможны; эту пороговую величину называют биологическим нулем.

Семена растений обладают низким порогом развития (0 - + 1 °С), икра щук 2-25°С.

Сумму эффективных температур рассчитывают по формуле:

ХТэф = (Т-С)-п,

где Т - температура окружающей среды, С - температурный порог развития, п - число часов или дней с температурой, превышающей порог развития.

Знание суммы эффективных температур важно для прогнозов урожая, сроков вылета вредителей и т. д. Например, под Санкт-Петербургом, для зацветания мать-и-мачехи?Тэф=77°С, земляники - ХТэф=500°С, желтой акации -ХТэф=700°С. Яблоневая плодожорка в северной Украине при ХТэф=930°С дает одно поколение, а на юге, где ХТэф=1870°С возможны две-три генерации за лето.

За границами диапазона температур, при которых сохраняется активная жизнедеятельность, пойкилотермические организмы переходят в состояние оцепенения, понижается уровень обменных процессов. В пассивном состоянии диапаузы они могут переносить сильное повышение и понижение температуры долго без патологических последствий.

Основой температурной толерантности является тканевая устойчивость, ПО и сильное обезвоживание.

Температурные адаптации растений

Высшие растения умеренных поясов эвритермны. Растения дождевых тропических лесов и криофильные зеленые и диатомовые водоросли в полярных льдах и на снежных полях высокогорий стенотермны. Растения тропических лесов погибают при температуре +5 ... +8°С, а в сибирской тайге выдерживают полное промерзание (- 50 °С).

Основные пути адаптации к изменениям температур у растений -физиологические, морфологические перестройки.

По степени адаптации к холоду выделяют 3 группы:

1) нехолодостойкие растения - повреждаются и гибнут при температурах близких к 0°С и выше. Это тропические леса, водоросли теплых морей, некторые грибы.

2) неморозостойкие растения - переносят низкие температуры, но гибнут при образовании льда. Это субтропические растения.

3) Льдо- или морозоустойчивые растения - произрастают в местах с холодными зимами. Растения подготавливаются к холодной зиме: обезвоживание, накапливание криопротекторов - сахаров, аминокислот

По степени адаптации к высоким температурам:

1) нежаростойкие - повреждаются при температуре +30°С...+40°С. Это эукариотические водоросли, водные цветковые, наземные мезофиты.

2) Жаростойкие эукариоты - растения сухих местообитаний с сильной инсоляцией (степей, пустынь, саванн), переносят нагревание до +50°С до 30 минут.

3) Жароустойчивые прокариоты - термофильные бактерии и некоторые сине-зеленые водоросли, живут в горячих источниках при температуре

4) Пирофиты - устойчивые к пожарам. Растения саванн, чапарраля, имеют толстую корку, пропитанную огнеупорными веществами.

Общая адаптация при повышении температуры: охлаждение при испарении влаги - транспирация влаги через устьица, вертикальное расположение листьев к солнцу, глазная отражающая листовая поверхность.

Температурные адаптации животных

Цикл развития большинства наземных животных умеренного пояса приспособлен к существованию холодных зим. В это время они пребывают в неактивном состоянии. В первую очередь это относится к насекомым, численно преобладающим в фауне всех континентов. Зимнее время они пережидают, находясь в неподвижном состоянии, остановившись в развитии, часто потеряв много воды. Диапауза может наступать у разных видов на разных стадиях развития - яйца, личинки, куколки и даже на стадии взрослой фазы. Аналогичные формы сопротивления неблагоприятным условиям свойственны большинству беспозвоночных. Даже рыбы и амфибии могут проводить зиму в неподвижном состоянии, зарывшись в ил. Сходные явления наблюдаются в условиях тропического климата, с той лишь разницей, что животные проводят в состоянии замедленной жизни самое жаркое время года, которое обычно совпадает и с наибольшей сухостью. Эстивация, или летняя спячка, широко распространенная среди насекомых и рыб. Некоторые из них из-за высыхания естественной среды обитания попадают как бы в «ловушку». Многие тропические дождевые черви в сухое время года также впадают в эстивацию. Высыхание почвы для них не только неблагоприятно, но часто оказывается гибельным.

Переход в состояние оцепенения - адаптивная реакция: почти не функционирующий организм не подвергается повреждающим воздействием, не расходует энергию, что позволяет выжить при неблагоприятных условиях. При переходе в состояние оцепенения в организме происходят физиологические и биохимические изменения поэтапно, медленно.

Антарктические рыбы чувствительны к повышению температуры (погибают при + 6 °С), в тканях накапливаются биологический антифриз -гликопротеиды, которые понижают температуру замерзания воды в тканях.

У растений накапливаются перед зимой сахара, АК, связывающие воду. Понижается вязкость протоплазмы и содержание Н2О. Это ведет к понижению температуры и замерзанию жидкости в клетках.

У насекомых накапливается глицерин в гемолимфе и тканях, что понижает точку переохлаждения до -27...-39 °С. Кристаллизация в клетках начинается лишь при - 60 °С.

Антифризы: глицерин, моносахара, белки, гликоген (криопротекторы).

Обезвоживание: обезвоживание коловратки до - 190 °С.

Терморегуляция: при понижении температуры: за счет мускульной активности (летающие насекомые, змея вокруг кладки яиц, у пчел - общественная регуляция - трепетание крыльями, все вместе, у одиночных пчел повышение потребления О2. У животных - частое дыхание; черепахи - испарение слюны, которой они смачивают поверхность кожи головы, передних конечностей, обрызгивание мочой конец задних конечностей.

Адаптивное поведение: выбор места с наиболее благоприятным микроклиматом и смена позиций (из солнечных мест в тень). Краб, проявляя положительный фототаксис, выходит на мелководье (вода прогрета солнцем), в жаркое время уходит на глубину, скрывается в норах. Ящерица зарывается в песок.

Гомойотермные - это птицы и млекопитающие (теплокровные).

Сохранение внутреннего постоянства, температура тела постоянна при изменении температуры окружающей среды. Присущ тепловой гомеостаз. Гомеостаз - это состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свои свойства и способность к осуществлению жизненных функций на фоне меняющихся внешних условий. Высокий уровень метаболизма: суточный метаболизм змеи 32 Дж/кг, у сурка 120 Дж/кг, кролика 180 Дж/кг.

Значение внешнего обогрева невелико, живут за счет внутреннего тепла, выделяющегося при экзотермических биохимических реакциях. Эндотермные организмы. Для мужчины среднего веса и среднего роста необходимо ежесуточно ~ 8000 кДж.

Температура тела: у птиц 41°С, у грызунов 35-39 °С, у копытных 35 - 39 °С. Механизмы терморегуляции:

1. Химическая терморегуляция - тепло метаболических реакций. Активно выделяют тепло печень и скелетные мышцы. Теплопродукция регулируется температурой окружающей среды и гормонами (тироксин повышает скорость метаболических реакций).

2. Терморегуляционный тонус - под действием нервных импульсов. Микросокращения фибрилл - холодовая дрожь. Газообмен повышается на 300 -400 °С. Потирание рук, притоптывание ногами, физические упражнения повышают скорость метаболизма, повышается температура тела.

3. Окисление бурой жировой ткани (под кожей, в области шеи, груди). Важно для животных, впадающих в спячку, после сна.

4. Физическая т/р - теплоизолирующие покровы (перья, волосы, подкожный жир).

Механизмы теплоотдачи: теплопроводность, конвекция, излучение, испарение.

Теплоотдача зависит от Dt = toc - ?тела.

1. Испарение влаги с поверхности тела, потоотделение. Увеличивается при повышении температуры окружающей среды и повышении температуры тела. Животные с шерстяным покровом облизывают тело. Испарение влаги с поверхности слизистых оболочек рта, верхних дыхательных путей. Учащенное поверхностное дыхание - полипноэ. Собаки при жаре 300-400 дыханий в минуту при норме 20-40 дыханий в минуту. Для птиц характерна горловая дрожь - колебательные движения нижней стороны шеи (вентиляция дыхательных путей).

2. Сосудистые реакции - расширение мелких сосудов, расположенных близко к поверхности (теплоотдача во внешнюю среду повышается), сжатие поверхностных и расширение глубоколежащих сосудов (консервация тепла в организме). Большое значение имеют участки дыхательных путей с развитой сетью кровеносных сосудов - носовых ходах млекопитающих. Вдыхаемый воздух нагревается, стенки носа охлаждаются, выдох - обратный процесс (наоборот). У куриц хохолок - область сосудистой терморегуляции (температура хохолка более низкая, Var). Потоотделение - результат повышения температуры внутри тела. Если выпить холодной воды, охладить сонные артерии, потоотделение понижается. Поскольку из сонных артерий кровь попадает в гипоталамус, то это указывает на его важную роль в терморегуляции. В гипоталамус информация о температуре окружающей среды стекается с холодовых и тепловых рецепторов на коже. Кожные рецепторы - это детекторы внешнего возмущения. Рецепторы генерируют импульсы, часть идет в гипоталамус, часть - в кору головного мозга. При некоторых заболеваниях температура тела повышается, т.к. термостат оказывается настроен на более высокую температуру. Эту настройку вызывают пирогены (например, токсины микробов, вещества, выделяемые нейтрофилами крови). Повышение температуры стимулирует защитные реакции организма, способствует разрушению патогенных факторов. Аспирин понижает заданное значение температуры, снимает симптомы лихорадочного состояния, но при этом замедляются защитные реакции.

Приспособительная реакция - выбор оптимального места, тесные групповые скопления. Ночевка, зимовка под снегом. Сооружение гнезд, нор.

Обратимая гипотермия - спячка (нерегулярное оцепенение, суточное и сезонное). Эстивация - летняя спячка.

Адаптация к экстремальным климатическим условиям.

Правило Бергмана: В пределах вида или достаточно однородной группы близких видов животные с более крупным размером тела встречаются в более холодных областях. Т.е., животные, обитающие в холодных областях (киты, полярные медведи) имеют крупные размеры, а в жарких странах - мелкие. Исключения: мелкие арктические животные отличаются большим аппетитом, небольшие конечности, впадают в спячку, а крупные животные жарких стран (слоны, бегемоты; слоны имеют большие уши, хлопая ими, повышают теплоотдачу. Бегемот перемещается из суши в воду и наоборот. Это правило согласуется с простым термодинамическим соображением. Поверхность тела животного пропорциональна квадрату его размера, тогда как объем пропорционален кубу размера. Потеря тепла пропорциональная поверхности тела и, следовательно, тем выше, чем больше отношение поверхности тела к его объему, т.е. чем меньше тело животного. Чем крупнее животное и чем компактнее форма его тела, тем легче ему поддерживать постоянную температуру; чем мельче животное, тем выше уровень его основного обмена. Часто в качестве примера приводят пингвинов, обитающих в южном полушарии. Наиболее крупный из них - королевский пингвин - гнездится на материке Антарктида, а живет в прибрежных районах; самый мелкий - галопагосский пингвин обитает на экваторе. Фактически, однако, не все виды пингвинов при парном сравнении подтверждают это правило. Так, средний размер особей в популяциях тупика Fratercula ?rctica, оцененный, как это всего удобнее, по длине крылышка, постепенно сокращается в направлении с севера на юг - от 18,5 см на о.Шпицберген до 14 см на о.Майорка.

В процессе эвлюции каждый вид приспособился к существованию в условиях определенного диапазона температур и при определенном температурном режиме. Это обусловлено тем, что обменные реакции являются ферментативными, а каждый фермент действует в строго определенном диапазоне температур. По этой причине граница существования жизни определяется температурой, при которой возможно нормальное строение и функционирование белков. В естественных условиях крайние пределы простираются от- 70 до , а в условиях эксперимента от почти абсолютного нуля () до + 180 град. С.

Поскольку температура сказывается на характере и скорости протекания всех жизненно важных физико-химических процессов в клетках, то ее влияние проявляется на ходе роста, развития, размножения организмов, их форме, размерах, физиологических и поведенческих реакциях, а также на численности и распространении. Проиллюстрируем это несколькими примерами. Так холодостойкие (или криофильные) деревья и кустарники в Якутии не вымерзают при температуре минус . Некоторые животные (черви, моллюски, членистоногие) сохраняют активность при температуре минус , когда жидкость тела находится в переохлажденном состоянии. Их антиподы – термофилы не переносят низких температур и нередко гибнут уже при .

Таким образом, общие закономерности воздействия температуры на живые организмы проявляются в их способности существовать в определенном диапазоне температур. Этот диапазон ограничен нижней и верхней летальной температурами. Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности, называется оптимальной. Температурный оптимум большинства организмов находится в пределах +, в умеренных и холодных зонах России оптимальны температуры от +, а у обитателей жарких и сухих районов температурный оптимум достигает +, в отдельных случаях +.

В зависимости от интервала температуры организмы делятся на эвритермные (большинство обитателей континентальных районов) и стенотермные. Однако температурный оптимум у разных видов и даже на разных стадиях развития у одного бывает неодинаков (для яиц бабочки озимой совки, например, оптимальна температура +, гусениц , куколок ). Минимальную и максимальную температуру называют соответственно нижним и верхним порогом развития или нижним и верхним биологическим нулем. Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Зная сумму эффективных температур вида (его температурную константу С) и сумму тепла той или иной местности (С1), можно определить возможность существования вида. Так, если С1/С больше или равно 1, то вид может существовать при данной температуре, если для насекомых С1/С >2, то возможно 2 или более поколений.

Развитие эндотермных животных в меньшей степени зависит от температуры окружающей среды, хотя и им свойственны определенные оптимум, пессимум и пороги существования в целом. Так, молодняк у мышевидных грызунов осенью и зимой развивается в 10 раз медленнее, но к моменту полового созревания оказывается крупнее, чем в летний период. Это проявляется и у других видов, в т.ч. и человека.

Влияние температуры проявляется в ряде морфологических адаптаций. Так в Арктике и высокогорье (где мало тепла) распространены стелющиеся, подушковидные и розеточные растения, избегающие отрицательного воздействия низких температур под снегом. Для растений и эктотермных животных сумма эффективных температур величина постоянная, если другие факторы находятся в оптимуме. Так, земляника зацветает при сумме эффективных температур ., икра рыбы форели при развивается 205 дней, при - 82 дня, а при - 41 день. Сильные холода и чрезвычайная жара вызывают иногда сбрасывание намболее чувствительных частей тела у растений (цветки, завязь) или приводят к состоянию вынужденного покоя.

Морфологические адаптации к температуре довольно четко проявляются и у животных, у которых формируются такие признаки, как отражательная поверхность тела, пуховой, перьевой или волосяной покров, жировые отложения. Так у большинства животных Арктики и высокогорий окраска темная, а у обитателей низких широт поверхность блестящая, отражательная. Эндотермные (теплокровные) животные высоких широт, как правило, крупнее родственных видов, обитающих в жарком климате. Это способствует относительному уменьшению теплоотдачи, поскольку уменьшается относительная поверхность тела. У хладнокровных животных наблюдается обратная закономерность (правило Бергмана).

В соответствии с температурой среды варьируют также размеры выступающих частей тела. У видов, живущих в более холодном климате, конечности, уши и хвост, как правило, меньше, чем у родственных видов из более теплых мест (правило Аллена).

Третье правило, известное как правило Глогера, гласит, что окраска животных вхолодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном. Кроме того, у видов теплых стран вес органов, связанных с обменом веществ (сердце, почки, печень), меньше, чем у особей того же вида, живущих в более холодных зонах.

Как общая закономерность наблюдается запаздывания сроков развития фенологических явлений на 4 дня с продвижением на каждый градус широты и 5 градусов долготы (биоклиматический закон А.Хопкинса).

Адаптации проявляются и на уровне физико-химических процессов, протекающих в клетках, тканях и органах. Так при понижении температуры в клетках растений повышается концентрация растворов, увеличивается осмотическое давление клеточного сока, уменьшается содержание свободной и увеличивается количество связанной воды. Важным приспособлением к низким температурам является и отложение запасных питательных веществ (жиров, масел, гликогена, аскорбиновой кислоты), которые придают цитоплазме устойчивость к замерзанию и другим неблагоприятным воздействиям зимнего периода.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Курс лекций по экологии

Федеральное государственное бюджетное.. образовательное учреждение.. высшего профессионального образования..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

История, предмет, структура и задачи экологии
Цель: Ознакомиться с основными этапами становления и развития экологии, ее структурой и задачами. 1.1. История экологии. 1.1.1.Формирование естественно-исторически

Формирование естественно-исторических представлений в древнем мире, средневековье и 16-18 столетиях
Термин «экология» (от греческого слова «oicos» - дом, жилище и «logos» - наука, учение; в буквальном смысле - наука о местообитании) предложил известный немецкий естествоиспытатель

Развитие экологического направления в 19 столетии
Отличительной особенностью первой половины 19 века стало осознание боль шинством естествоиспытателей ведущей роли среды в существовании органическо го мира, что наиболее четко сформ

Развитие экологии в первой половине 20 века
Важным событием начала 20 века явилось официальное признание «Экологии» и ее деление на эутэкологию и синэкологию (111 Международный ботанический конгресс: Брюссель, 1910г.). В это

Развитие экологии во второй половине 20-начале 21 веков
С середины 20 века развитие экологии характеризуется: - значительным расширением масштабов экологических исследований во многих странах (объем информации удваивается каждые

Предмет и структура экологии
Исключительное разнообразие живых организмов нашей планеты (описано около 7 млн. видов, общее количество оценивается в 80-100 млн.) и разные уровни организации жизни (до 10-12) опре

Важнейшие задачи экологии
Важнейшими задачами, стоящими пред современной экологией является изучение: - экологических механизмов адаптации организмов к окружающей среде; - механизмов регуля

Экология в системе наук
Как уже отмечалось, экология относится к фундаментальным биологическим наукам, изучающим взаимоотношения организмов между собой и окружающей средой. Однако, поскольку некоторые аспекты этих отношен

Методы экологических исследований
Общность объектов исследований экологии и других наук предполагает использование в экологических исследованиях методов и понятий, применяемых в физиологии, морфологии, химии, географии, геологии, ч

Экологическая пластичность видов; ее изменчивость в онтогенезе и по сезонам года
Любой организм в процессе жизнедеятельности испытывает влияние множества экологических факторов. В любом случае эффект (или ответная реакция) зависит от их количеств

Закономерности совместного действия факторов
Любой организм одновременно испытывает влияние большого количества факторов, каждый из которых может действовать как: -ограничитель, определяющий возможность существования

Окружающая среда человека
Окружающая человека среда включает элементы неживой природы, затем живую природу, а также множество факторов, связанных с жизнью и деятельностью самого человека. Человек по разному

Биосфера как специфическая геосфера Земли. Структура биосферы
Земля является третьей по счету большой планетой в системе маленькой по величине (диаметр около 1,5 млн. км) и средней по яркости звезды Солнца, входящей в состав гигантской Галактической звездной

Важнейшие компоненты биосферы, закономерности их взаимодействия
Биосфера состоит из нескольких компонентов: - живого вещества – совокупности всех живых организмов; -биогенного вещества, то есть всех форм вещества, создаваемого и перерабатывае

Признаки, функции и свойства живых систем
Все живые системы обладают следующими основными признаками: - Единство химического состава. В живых организмах 98 % химического состава приходится на 6 элементов (м

Биосфера как арена жизни
В состав биосферы по В.И. Вернадскому входит вся водная, верхняя часть твердой и нижняя часть воздушной оболочки. Еще недавно верхнюю границу биосферы проводили на высоте 15-20 км,

Биосфера как целостная система
Три составные части биосферы – гидро-, лито- и атмосфера, тесно связаны и вместе образуют единую саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую глобальный круговорот веществ через с

Среды жизни и адаптации к ним организмов
Цель: ознакомиться со спецификой сред жизни и важнейшими особенностями адаптации к ним организмов различных экологических групп. 4. Среды жизни 4.1

Общая характеристи
Водная среда является той средой, где возникла и более 3 млдр. лет развивается жизнь. Она сыграла важную роль в геологической истории Земли и сейчас определяет ее важнейшие параметр

Специфика водной среды как арены жизни
Значительная протяженность гидросферы и специфика физического состояния воды определяют многие ее свойства, отличающие от других сред. Это – большая плотность, значительные перепады давления, слаба

Специфика адаптаций и экологические группы гидробионтов
Разнообразие условий водной среды определило многочисленность адаптаций гидробионтов. Вместе с тем, водные организмы в целом обладают меньшей экологической пластичностью, чем наземные, так как водн

Загрязнение поверхностных и подземных вод
Необходимым условием сохранения качества воды является защита ее от загрязнения. Загрязнение воды – это привнесение или образование в ней физических, химических и биологических комп

Контроль и нормирование загрязнений воды
Контроль качества воды осуществляется путем анализа проб, количество которых (не реже одного раза в месяц) и место отбора (обычно в радиусе 1 км от водозабора) определяются с учетом гидрологических

Почвы, их состав и свойства
Почва по определению В.В.Докучаева это наружный слой горных пород, измененный под влиянием воды, воздуха и различных организмов Любую почву можно рассматривать как гетероге

Почва как среда обитания
Почва (эдафический фактор) является второй жизненной средой нашей планеты, которая сформировалась в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под воздейств

Земельные ресурсы
Особое свойство почвенного покрова – его плодородие, придает почвам характер важнейшего производственного ресурса в сфере сельского хозяйства, хотя земля выполняет функции пространственного базиса

Загрязнение почв
Одной из причин деградации почвенного покрова является его загрязнение. Основными и наиболее опасными загрязнителями почв являются пестициды, нитраты, нитриты, тяжелые металлы, нефт

Охрана почв и земельных ресурсов
Под охраной почв понимают комплекс мероприятий по сохранению целостности почвенного покрова и его плодородия. Она включает следующее: - Запрещение и ограничение использования ценных земель

Охрана недр
Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой добываются полезные ископаемые. В соответствии с законом «О недрах (1995) и «Об охране окружающей среды» (2002), о

Наземно - воздушная среда
4.3.1. Общая характеристика наземно-воздушной среды. 4.3.2. Солнечное излучение и его роль и в жизни наземных организмов. 4.3.3. Влияние температуры на живые организмы. 4

Специфика теплообмена растений и животных
Суточные и сезонные колебания температуры, масштабы которых возрастают с удалением от экватора, привели к формированию рядаадаптаций, которые осуществляются: - активным пут

Адаптации наземных растений и животных к водному режиму
Нормальное функционирование растений возможно лишь при достаточном обеспечении их водой. Низшие растения влагу поглощают всей поверхностью, мхи - ризоидами, а высшие растения – корнями (и некоторым

Совместное действие температуры и влажности
Любой организм в природе одновременно испытывает воздействие многих факторов, причем ведущими во многих их совокупностях часто являются температура и влажность. Их сочетание в известной мере опреде

Загрязнение атмосферы и основные методы очистки выбрасов от примесей
По своему химическому составу атмосферный воздух представляет собой смесь газов. Различают постоянные, переменные и случайные составные части воздуха. К постоянным компонентам атмосферного воздуха

Живые организмы как среда жизни
Многие гетеротрофные организмы всю жизнь или часть своего жизненного цикла обитают в других существах. Явление эндобиоза, или использования одними организмами других в качестве сред

Ритмы внешней среды и их причины
Среда, окружающая нас и другие живые организмы постоянно изменяется и изменения эти во многом цикличны. Цикличность большинства процессов является одним из фундаментальных свойств всей живой природ

Суточные и циркадные ритмы
Периодическое изменение освещенности Земли, вызываемое ее вращением вокруг своей оси привело к формированию суточной ритмики, обнаруженной у самых различных организмов - от одноклет

Лунные и приливно-отливные ритмы
Помимо суточных и циркадных известна периодичность равная лунному месяцу, причем как у наземных, так водных организмов. Так к строго определенной фазе Луны приурочено роение некотор

Сезонные, цирканные и многолетние ритмы
Многим живым организмам свойственны также сезонные (или годичные) и многолетние циклы. В основе сезонных изменений лежит главным образом климатическая сезонность, под воздействием которой в процесс

Сигнальная роль факторов среды
Наступление очередного этапа годового цикла у живых организмов обычно происходит на фоне изменений как внешних, так и внутренних факторов. Однако эта периодичность зачастую зависит

Система жизненных форм Е.Варминга и К.Раункиера
Понятие «о жизненной форме» как совокупности приспособительных признаков, применительно растениям впервые ввел в 1884г. один из основоположников экологии растений датский ботаник Е.Варминг, хотя, к

Система жизненных форм растений И.Г.Серебрякова. Древесные и полудревесные растения
Одной из наиболее признанных является классификация жизненных форм, разработанная И.Г.Серебряковым (1964). По его определению жизненная форма – это своеобразный общий облик (габитус

Система жизненных форм растений И.Г.Серебрякова. Травы
Большую и разнообразную группу включает Отдел В - наземные травянистые растения среди которых выделяют: Тип Поликарпические или неоднократно плодон

Жизненные формы позвоночных животных
Они также многообразны, как и у растений. Наиболее принятой у зооэкологов является классификация, предложенная Д.Н. Кашкаровым (1945) и частично уточненная последующими зоологами. Однако, эта систе

Жизненные формы насекомых
Богатством жизненных форм отличаются и насекомые. По В.В.Яхонтову (1969) среди них выделяют следующие основные группы жизненных форм: - геобионты - обитатели почвы, - эпигеобионты

Биотические отношения
Цель: Познакомиться с основными формами внутри- и межвидовых отношений и их значением в жизни различных организмов. 9.1. Понятия биотические факторы, биоти

Понятия биотические факторы, биотическая среда, их значение в жизни организмов. Основные типы отношений
Любой организм, будь то растение или животное, существует не изолированно, а в постоянном окружении в взаимодействии с другими особями своего или другого видов. Связь эта является н

Прямые взаимодействия между растениями
Они проявляются в механическом и физиологическом взаимодействии. Примерами механического взаимодействия являются: - повреждение сосны и ели в смешанном лесу от охлестыващего действия берез

Косвенные трансабиотические взаимоотношения между растениями
Косвенные трансабиотические взаимоотношения между растениями проявляются в изменении среды (средообразующее влияние) и конкуренции. Наиболее широко распространенным и наиболее универсальным типом в

Косвенные трансбиотические взаимоотношения между растениями
Как отмечалось, в отечественной литературе наибольшим признанием пользуется классификация фитогенных факторов, предложенная В.Н. Сукачевым (1964), в которой помимо прямых механических и физиологиче

Гомотипические зоогенные факторы
К этому типу относят явления «групповой эффект», «массовый эффект» и внутривидовую конкуренцию. Термин «групповой эффект» (по Гроссе, 1944) обозначает изменения, связанные с объедин

Гетеротипические реакции
Они проявляются в следующих формах: - межвидовой конкуренции, под которой понимают активный поиск несколькими видами одних и тех же пищевых ресурсов и среды обитания, поск

Человек в экосфере
Цель: Ознакомить с отношениями человека и окружающей среды на разных этапах развития цивилизации. 9.1. Динамика народонаселения. 9.2. Экологически

Динамика народонаселения и антропогенного воздействия на биосферу
Наша планета сформировалась 4,5-5,2 млрд. лет назад. Жизнь на ней зародилась примерно 4 млрд. лет назад. В результате последующего взаимодействия живой и неживой природы первоначаль

Экологические кризисы в истории человечества
Человек с самого начала своего становления оказывал влияние на окружающую среду. Вместе с тем, на начальном этапе его истории это влияние было подобно влиянию любого другого вида животного. Рост чи

Основные типы загрязнения окружающей среды
Одним из условий устойчивого существования биосферы является относительное постоянство слагающих ее компонентов. Появление в ней новых объектов, вызванных хозяйственной деятельностью человека, обоз

Радиоактивное загрязнение окружающей среды
Радиоактивное загрязнение вызывается действием ионизирующего излучения (радиационное) и превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в окружающей среде, возника

Влияние электромагнитных полей и защита от их воздействия
Наша планета имеет электромагнитное поле, в условиях которого возникла жизнь и протекала ее многовековая эволюция. Оно под действием солнечного излучения, процессов происходящих в м

Шумовое загрязнение окружающей среды и методы защиты от его воздействия
В основе возникновения вибрации и шума лежат механические колебания упругих тел, передающиеся в виде волн. Человеческое ухо воспринимает колебания от 15-17,0 до 20000 Гц; более низкие звуки называю

Влияние природных и социальных факторов на здоровье населения
Изучение изменений в состоянии здоровья населения предполагают использование многофакторного анализа. Природные факторы в этой системе делят на: -

Регламентация воздействия на окружающую среду
В комплексе мер, обеспечивающих поддержание качества окружвющей среды, важная роль отводиться регламентации антропогенных воздействий. Среди направлений, ограничивающих их

Понятие экологический мониторинг. Формы мониторинга
К осознанию необходимости координации усилий по сбору, хранению и переработке данных о состоянии окружающей среды мировое сообщество пришло в конце 1960-х годов, а вскоре на Стокгольмской конференц

Системы и службы экологического мониторинга
На территории всей Европы функции органа по международному мониторингу окружающей среды выполняет Европейское агенство по окружающей среде (ЕАОС). Оно осуществляет сбор и оценку дан

Формы и функции экологического контроля
Функцией экологического контроля является проверка выполнения требований экологическтго законодательства и соблюдения нормативов (в соответствии с ФЗ №7 от 10.01.2002 г. «Об охране

Экологическая безопасность
Цель: Ознакомиться с факторами, источниками экологической опасности и системой мероприятий по обеспечению экологической безопасности. 10 .1. Факторы, источ

Обеспечение экологической безопасности России
Обеспечение экологической безопасности заключается в охране жизни здоровья и условий жизнедеятельности человека, в защите общества и окружающей среды от угроз, возникающих в результ

Международное сотрудничество в решении экологических проблем
Наличие всеобщей связи и взаимозависимости между компонентами биосферы и невозможность решения глобальных экологических проблем отдельными странами определяет необходимость междунар

Микроклимат производственных помещений определяется сочетанием температуры, влажности, подвижности воздуха, температуры окружающих поверхностей и их тепловым излучением. Параметры микроклимата определяют теплообмен организма человека и оказывает существенное влияние на функциональное состояние различных систем организма, самочувствие, работоспособность и здоровье.

Температура в производственных помещениях является одним из ведущих факторов, определяющих метеорологические условия производственной среды.

Влияние высокой температуры на организм человека

Высокие температуры оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека. Работа в условиях высокой температуры сопровождается интенсивным потооделением, что приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов, вызывает серьезные и стойкие изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, увеличивает частоту дыхания, а также оказывает влияние на функционирование других органов и систем - ослабляется внимание, ухудшается координация движений, замедляются реакции и т.д.

При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудования и помещений 30 - 35°С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре воздуха большая часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. В этих условиях организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. Поэтому в горячих цехах рабочим дают подсоленную воду.

Термические ожоги чаще всего возникают в результате контакта с горячими поверхностями производственного оборудования, соприкосновения с горячими или раскаленными предметами или продуктами производства, нагретыми жидкостями, воздействия открытого огня, горячих газов (например, перегретого водяного пара), искр и брызг расплавленного металла, расплавов различных материалов.

Так температура наружной поверхности оборудования, обрабатываемых материалов и веществ регламентируется отраслевыми нормативными актами по охране труда и должна быть не выше 45 градусов С.

Некоторые факторы производственной среды могут способствовать наступлению несчастного случая от воздействия высокой температуры, например: нарушение размеров рабочих проходов, зон обслуживания, отсутствие СИЗ, приспособлений и др.

Длительное воздействие высокой температуры, особенно в сочетании с повышенной влажностью, может привести к значительному накоплению тепла в организме (гипертермии).

Гипертермия - состояние, возникающее под влиянием высокой температуры окружающей среды; характеризуется нарушением регуляции теплового баланса и проявляющееся повышение температуры тела выше нормы. Повышение температуры тела при перегревании организма (П.о.) отличается от повышения температуры тела при лихорадке тем, что в последнем случае оно развивается независимо от колебаний температуры и окружающей среды, и степень этого повышения регулируется организмом.

Гипертермия может возникнуть у работающих в условиях высокой температуры окружающей среды или в затрудняющих теплоотдачу с поверхности тела, а также в районах с очень жарким климатом. При высокой температуре окружающей среды П.о. способствуют рост теплопродукции, возникающей при мышечной работе, особенно в недостаточно проницаемой для водяных паров одежде; высокая влажность и неподвижность воздуха; тепловое излучение солнца или нагретых предметов и поверхностей.

При П.о. увеличивается потоотделение с выведением из организма солей и витаминов, снижаются мышечный тонус, масса тела и диурез, угнетается секретная и эвакуаторная функция пищеварительной системы, учащается пульс, увеличивается минутный объем сердца, повышается вязкость крови, снижается иммунобиологическая резистентность организма.

Перегревание организма может привести к так называемым тепловым поражением, которые характеризуются неврастеническим, анемическим, сердечно-сосудистым и желудочно-кишечным синдромами. Неврастенический синдром клинически проявляется нарушением функционального состояния центральной нервной системы. Отмечаются общая слабость, повышенная утомляемость, нарушение сна, раздражительность, головные боли, головокружение. Для анемического синдрома характерно преобладание изменений в количественном составе форменных элементов крови (уменьшение количества эритроцитов, лейкоцитов и гемоглобина до субнормальных цифр с одновременным увеличением количества ретикулоцитов). Сердечно-сосудистый синдром проявляется тахикардией, лабильностью пульса, иногда отеками конечностей, снижением артериального давления и изменением ЭКГ по типу изменений, свойственных дистрофии миокарда. Для желудочно-кишечного синдрома характерны пониженный аппетит, частые отрыжки, изжога, тяжесть, тупые боли в подложечной области после еды. Нередко наблюдаются признаки гастрита, энтерита, колита, энтероколита.

Легче подвергаются П.о. лица, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями (гипертонической болезнью, пороками сердца), обменными нарушениями (ожирением), эндокринными расстройствами (гипертиреозом), вегетативно-сосудистой дистонией. В пожилом возрасте нередко отмечаются боли в области сердца, головокружение, обмороки. У грудных детей П.о. проявляется вялостью, резкой адинамией, нарушением сна, срыгиванием и другими расстройствами желудочно-кишечного тракта. При возникновении П.о. следует принять меры, способствующие охлаждению организма (смачиванию водой лица и груди, влажное обертывание, холодный компресс на голову и др.) В случае возникновения теплового удара или значительного обезвоживания организма необходима медицинская помощь.

Действие теплового излучения на организм имеет ряд особенностей, одной из которых является способность инфракрасных лучей различной длины проникать на различную глубину и поглощаться соответствующими тканями, оказывая тепловое действие, что приводит к повышению температуры кожи, увеличению частоты пульса, изменению обмена веществ и артериального давления, заболеванию глаз.

Тепловое излучение (инфракрасное излучение) представляет собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 до 540 нм, обладающее волновыми, квантовыми свойствами. Интенсивность теплоизлучения измеряется в Вт/м2. Инфракрасные лучи, проходя через воздух, его не нагревают, но, поглотившись твердыми телами, лучистая энергия переходит в тепловую, вызывая их нагревание. Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело.

Влияние температуры на организмы

Теплота – одна из характеристик жизнедеятельности организмов. Поэтому температурные условия оказываются важнейшим экологическим фактором среды. Количественные значения температуры характеризуется широкими географическими, сезонными и суточными различиями. Особенно значительно выражена разница температурных режимов при переходе от одной климатической зоне к другой. На температурные условия конкретной местности влияют такие факторы как близость моря, рельеф и т.д. Более сглаженными являются температурные условия почвы и океана.

Влияние температуры на живые организмы выражается в действии ее на скорость обменных процессов. Отсюда становится понятным, что жизненные функции живого организма могут проникать только в определенных интервалах температур. Верхний температурный порог жизни определяется температурой свертывания белков. Необратимые изменения структуры белков возникают при температуре порядка 60 градусов по Цельсию. У более сложно организованных организмов тепловая гибель обычно происходит при более низких температурах. Основная причина – нарушение обменных процессов. Поэтому у большинства животных гибель наступает раньше, чем начинают коагулировать белки (при t = 42-43 0 С).

Нарушение метаболических процессов наступает и при очень низких температурах. Причем, в каждом организме снижение температуры может вести к широкому диагнозу ответных возможностей организма. В определении нижнего придела температуры важное значение имеют структурные изменения в клетках и тканях, связанные с замерзанием клеточной воды.

Постоянно происходящий обмен тепла организма со средой зависит от ряда факторов и складывается из двух противоположных процессов: притока тепла и отдачи его. Баланс этих процессов и определяет температуру тела организма. По принципиальным особенностям теплообмена различают две крупные экологические группы организмов:

Пойкилотермные - хладнокровные

Гомойотермные - теплокровные

К первой группе относят все таксоны органического мира, кроме двух классов позвоночных: птиц и млекопитающих. Название группы определяет их основную характеристику – неустойчивость температуры тела. Она меняется с изменением температуры окружающей среды. У этих организмов низкий уровень метаболизма и поэтому, главным поступлением источника тепловой энергии служит зависимость температуры тела от среды. Но естественно, что полного соответствия температуры тела и среды практически не бывает. В целом свойство изменять скорость обменных реакций ведет к «пассивной устойчивости» этих организмов. Мы знаем, что такие организмы переходят в состояние оцепенения и в пассивном состоянии могут переносить довольно сильное повышение температуры или ее понижение. Кроме того, у этих животных есть и способность приспосабливаться к температурным условиям среды за счет поведения. Например, активный выбор мест с наиболее благоприятным микроклиматом и смена поз. Поэтому эти организмы могут сохранять жизнь в широких диапазонах изменения температуры. Пойкилотермные организмы распространены во всех средах, занимая разные температурные места обитания, вплоть до экстремальных.

Ко второй группе относят два класса высших позвоночных – птицы и млекопитающие. Принципиальное отличие теплообмена этих животных заключается в том, что приспособления к меняющимся температурным условиям среды основаны у них на функционировании комплекса регуляторных механизмов для поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма. Благодаря этому все биохимические и физиологические процессы протекают в оптимальных температурных условиях. Рассматриваемый тип теплообмена базируется на высоком уровне метаболизма. Интенсивность обмена веществ у птиц и млекопитающих на 1-2 порядка выше, чем у других живых организмов при оптимальной температуре среды.

Влияние температуры на организмы

Температура ¾ важнейший из ограничивающих (лимитирующих) факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная летальные температуры , за пределами которых биологический вид смертельно поражают жара или холод (рис. 2.1). Если не принимать во внимание некоторые уникальные исключения, все живые существа способны жить при температуре между 0 и 50 °С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток.

Рис. 2.1 Общий закон биологической стойкости (по М. Ламотту)

На рис. 2.1 показаны температурные пределы жизни видовой группы, популяции. В ʼʼоптимальном интервалеʼʼ организмы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и численность популяции растет. В крайних участках этого интервала ¾ участках ʼʼпониженной жизнедеятельностиʼʼ ¾ организмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем похолодании в пределах ʼʼнижней границы стойкостиʼʼ или увеличении жары в пределах ʼʼверхней границы стойкостиʼʼ организмы попадают в ʼʼзону смертиʼʼ и погибают.

Этим примером иллюстрируется общий закон биологической стойкости (по М. Ламотту), применимый к любому из важных лимитирующих факторов. Величина ʼʼоптимального интервалаʼʼ характеризует ʼʼвеличинуʼʼ стойкости организмов, т. е. величину ᴇᴦο толерантности к этому фактору, или ʼʼэкологическую валентностьʼʼ.

Адаптационные процессы у животных по отношению к температуре привели к появлению пойкилотермных и гомойотермных животных. Подавляющее большинство животных являются пойкилотермными , т. е. температура их собственного тела меняется с изменением температуры окружающей среды˸ земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и др.
Размещено на реф.рф
Значительно меньшая часть животных ¾ гомойотермные , т. е. имеют постоянную температуру тела, независящую от температуры внешней среды˸ млекопитающие (в том числе и человек), имеющие температуру тела 36-37 °С, и птицы с температурой тела 40 °С.

Активную жизнь при температуре ниже нуля могут вести только гомойотермные животные. Пойкилотермные хотя выдерживают температуру значительно ниже нуля, но при этом теряют подвижность. Температура порядка плюс 40 °С, т. е. даже ниже температуры свертывания белка, для большинства животных предельна.

Не меньшее значение температура играет в жизни растений. При повышении температуры на 10 °С интенсивность фотосинтеза увеличивается в два раза, но лишь до плюс 30-35 °С, затем ᴇᴦο интенсивность падает и при плюс 40-45 °С фотосинтез вообще прекращается. При 50 °С большинство наземных растений погибает, что связано с интенсификацией дыхания растений при повышении температуры, а затем ᴇᴦο прекращения при 50 °С.