Температура довкілля тварин. Екологія. Яка температура у космосі

Температура є важливим та часто лімітуючим фактором середовища. Поширення різних видів населення і чисельність популяцій значно залежить від температури. З чим це пов'язано та які причини такої залежності?

Діапазон температур, які зареєстровані у Всесвіті, дорівнює тисячі градусів, але межі існування живих істот на Землі значно вже: найчастіше від - 200°С до + 100°С. Більшість організмів має набагато вужчий діапазон температур, причому найбільший діапазон мають найнижче організовані істоти мікроорганізми, зокрема, бактерії. Бактерії мають здатність жити в умовах, де інші організми гинуть. Так, їх виявляють у гарячих джерелах при температурі близько 90°С і навіть 250°С, тоді як стійкі комахи гинуть, якщо температура навколишнього середовища перевищує 50°С. Існування бактерій у широкому діапазоні температур забезпечується їх здатністю переходити в такі форми, як суперечки, що мають міцні клітинні стінки, що витримують несприятливі умови середовища.

Діапазон толерантності у наземних тварин загалом більше, ніж у водних (крім мікроорганізмів). Мінливість температури, тимчасова та просторова, є потужним екологічним фактором середовища. Живі організми пристосовуються до різних температурних умов; одні можуть жити за постійної або щодо постійної температури, інші краще адаптовані до коливань температури.

Вплив температурного чинника на організми зводиться до його впливу швидкість обміну речовин. Якщо виходити з правила Вант-Гоффа для хімічних реакцій, слід зробити висновок, що підвищення температури викликає пропорційне зростання швидкості біохімічних процесів обміну речовин. Однак у живих організмах швидкість реакцій залежить від активності ферментів, які мають свої температурні оптимуми. Швидкість ферментативних реакцій залежить від температури нелінійно. Враховуючи все різноманіття ферментативних реакцій у живих істот, слід зробити висновок, що ситуація в живих системах істотно відрізняється від порівняно простих хімічних реакцій (що протікають у неживих системах).

При аналізі взаємозв'язків між організмами та температурою навколишнього середовища всі організми ділять на два типи: гомойотермних та пойкілотермних. Такий поділ відноситься до тваринного світу; іноді тварин поділяють на теплокровних та холоднокровних.

Гомойотермні організми мають постійну температуру та підтримують її, незважаючи на зміну температури у навколишньому середовищі. Навпаки, пойкілотермні організми не витрачають енергію підтримки постійної температури тіла, і вона змінюється залежно від температури довкілля.

Такий поділ має дещо умовний характер, оскільки багато організмів не є абсолютно пойкілотермними або гомойотермними. Багато плазунів, риби та комахи (бджоли, метелики, бабки) можуть протягом певного часу регулювати температуру тіла, а ссавці при надзвичайно низьких температурах послаблюють або зупиняють ендотермічну регуляцію температури тіла. Так, навіть у таких "класичних" гомойотермних тварин, як ссавці, під час зимової сплячки температура тіла знижується.

Незважаючи на відому умовність поділу всіх організмів, що живуть на Землі, на ці дві великі групи, воно показує, що існує два стратегічні варіанти адаптації до умов температури середовища. Вони склалися в ході еволюції і істотно відрізняються за низкою важливих якостей: за рівнем та стійкістю температури тіла, за джерелами теплової енергії, за механізмами терморегуляції.

Пойкілотермні тварини є ектотермними, мають відносно низький рівень метаболізму. Температура тіла, швидкість фізіолого-біохімічних процесів та загальна активність прямо залежать від температури середовища. Адаптації (компенсації) у пойкілотермних організмів відбуваються лише на рівні обмінних процесів: оптимум активності ферментів відповідає режиму температур.

Стратегія пойкілотермії полягає в тому, що організми не витрачають енергію на активну терморегуляцію та забезпечує стійкість в інтервалі середніх температур, що зберігаються досить тривалий час. При виході параметрів температури певні межі організми припиняють своєї діяльності. Пристосування до мінливих температур у цих тварин мають приватний характер.

У гомойотермних організмів є комплекс пристосувань до мінливих умов температури середовища. Температурні адаптації пов'язані з підтриманням постійного рівня температури тіла. зводяться до отримання енергії задля забезпечення високого рівня метаболізму. Інтенсивність останнього у них на 1 - 2 порядки вища, ніж у пойкілотермних. Фізіолого-біохімічні процеси вони протікають в оптимальних температурних умовах. В основі теплового балансу лежить використання власної теплопродукції, тому їх належать до ендотермних організмів. Регулюючу роль підтримці постійної температури тіла грає нервова система.

Стратегія гомойотермії пов'язані з великими енергетичними витратами підтримки постійної температури тіла. Гомойотермія й у вищих організмів. До них відносять два класи вищих хребетних тварин: птахів та ссавців. Еволюція цих груп була спрямована на ослаблення залежності від зовнішніх факторів середовища шляхом підвищення ролі центральних регулюючих механізмів, зокрема нервової системи. Більшість видів живих організмів є пойкілотермними. Вони широко розселені Землі і займають різноманітні екологічні ніші.

Реакція конкретного виду на температуру не постійна і може змінюватись в залежності від часу впливу температури навколишнього середовища та інших умов. Іншими словами, організм може пристосовуватись до зміни температурного режиму. Якщо такий пристрій реєструють в лабораторних умовах, то процес зазвичай називають акліматизації,якщо ж у природних - акліматизацією.Проте різницю між цими термінами лежить над місці реєстрації реакції, а її суті: у разі йдеться про так званої фенотипической, тоді як у другому - генотипічної адаптації, т. е. адаптації на генетичному рівні. Якщо організм не може пристосуватися до зміни температурного режиму, він гине. Причиною загибелі організму за високих температур є порушення гомеостазу та інтенсивності обміну речовин, денатурація білків та інактивація ферментів, зневоднення. Необоротні порушення структури білків виникають за нормальної температури близько 60°С. Саме такий поріг "теплової смерті" у ряду найпростіших і деяких нижчих багатоклітинних організмів. Адаптації до зміни температур виражаються в освіті таких форм існування, як цисти, суперечки, насіння. У тварин "теплова смерть" настає раніше, ніж відбувається денатурація білків, внаслідок порушень діяльності нервової системи та інших регуляторних механізмів.

При низьких температурах обмін уповільнюється або навіть зупиняється, відбувається утворення кристалів льоду всередині клітин, що призводить до їх руйнування, підвищення внутрішньоклітинної концентрації солей, порушення осмотичної рівноваги та денатурації білків. Морозостійкі рослини витримують повне зимове промерзання завдяки ультраструктурним перебудовам, спрямованим на зневоднення клітин. Насіння витримує температури, близькі до абсолютного нуля.

Температура є найважливішим екологічним чинником. Температура дуже впливає на багато сторін життєдіяльності організмів їх географії поширення, розмноження та інші біологічні властивості організмів, що залежать в основному від температури. Діапазон, тобто. межі температур у яких може існувати життя, коливається приблизно від -200°С до +100°С, іноді виявляється існування бактерії у гарячих джерелах при температурі 250°С. Насправді більшість організмів можуть існувати при ще більш вузькому діапазоні температур.

Деякі види мікроорганізмів, головним чином бактерії та водорості, здатні жити та розмножуватися у гарячих джерелах при температурі, близькій до точки кипіння. Верхня температурна межа для бактерії гарячих джерел лежить близько 90°С. Мінливість температури дуже важлива з екологічного погляду.

Будь-який вид здатний жити лише в межах певного інтервалу температур, так звані максимальною та мінімальною летальною температурами. За цих критичних крайніх температур, холод чи спека, настає смерть організму. Десь між ними знаходиться оптимальна температура, за якої життєдіяльність усіх організмів, живої речовини загалом іде активно.

По толерантності організмів до температурного режиму діляться на евритермные і стенотермные, тобто. здатні переносити коливання температури в широких або вузьких межах. Наприклад, лишайники і багато бактерій можу жити за різної температури, або орхідеї та інші теплолюбні рослини тропічних поясів є стенотермними.

Деякі тварини здатні підтримувати постійну температуру тіла незалежно від температури навколишнього середовища. Такі організми називаються гомойтермними. В інших тварин температура тіла змінюється залежно від температури довкілля. Їх називають пойкілотермними. Залежно від способу адаптації організмів до температурного режиму вони поділяються на дві екологічні групи: кріофілли — організми, пристосовані до холоду, до низьких температур; термофіли - або теплолюбні.

Правило Аллена- екогеографічне правило, встановлене Д. Алленом в 1877 р. Згідно з цим правилом серед споріднених форм гомойотермних (теплокровних) тварин, що ведуть подібний спосіб життя, ті, які мешкають у холоднішому кліматі, мають відносно менші виступаючі частини тіла: вуха, ноги, хвости і т.д.

Зменшення виступаючих частин тіла призводить до зменшення відносної поверхні тіла та сприяє економії тепла.

Прикладом цього правила є представники сімейства Собачі з різних регіонів. Найменші (щодо довжини тіла) вуха і менш витягнута морда в цьому сімействі - у песця (ареал - Арктика), а найбільші вуха і вузька, витягнута морда - у лисиці фенека (ареал - Сахара).

Також це правило виконується щодо людських популяцій: найкоротші (щодо розмірів тіла) ніс, руки і ноги характерні для ескімосько-алеутських народів (ескімосів, інуїтів), а довгі руки і ноги для фур і тутсі.

Правило Бергмана— екогеографічне правило, сформульоване 1847 р. німецьким біологом Карлом Бергманом. Правило говорить, що серед подібних форм гомойотермних (теплокровних) тварин найбільшими є ті, які живуть в умовах холоднішого клімату - у високих широтах або в горах. Якщо існують близькі види (наприклад, види одного роду), які суттєво не відрізняються за характером харчування та способу життя, то більші види також зустрічаються в умовах суворішого (холодного) клімату.

Правило ґрунтується на припущенні, що загальна теплопродукція в ендотермних видів залежить від обсягу тіла, а швидкість тепловіддачі – від площі його поверхні. У разі збільшення розмірів організмів обсяг тіла зростає швидше, ніж його поверхню. Експериментально це правило вперше було перевірено на собак різного розміру. Виявилося, що теплопродукція у дрібних собак вища на одиницю маси, але незалежно від розміру вона залишається практично постійною на одиницю площі поверхні.

Правило Бергмана справді нерідко виконується як у межах одного виду, і серед близьких видів. Наприклад, амурська форма тигра з Далекого Сходу більша за суматранску з Індонезії. Північні підвиди вовка в середньому більші за південні. Серед близьких видів роду ведмідь найбільші мешкають у північних широтах (білий ведмідь, бурі ведмеді з о. Кодьяк), а найдрібніші види (наприклад, очковий ведмідь) — у районах із теплим кліматом.

У той самий час це правило нерідко критикували; зазначалося, що вона може мати загального характеру, оскільки на розміри ссавців і птахів впливають багато інших чинників, крім температури. Крім того, адаптації до суворого клімату на популяційному та видовому рівні часто відбуваються не за рахунок змін розмірів тіла, а за рахунок змін розмірів внутрішніх органів (збільшення розміру серця та легень) або за рахунок біохімічних адаптацій. З урахуванням цієї критики необхідно підкреслити, що правило Бергмана має статистичний характер і виявляє свою дію чітко за інших рівних умов.

Справді, із цього правила відомо багато винятків. Так, найдрібніша раса шерстистого мамонта відома із заполярного острова Врангеля; багато лісових підвидів вовка більші за тундрові (наприклад, зниклий підвид з півострова Кенай; передбачається, що великі розміри могли давати цим вовкам перевагу при полюванні на великих лосів, що населяють півострів). Далекосхідний підвид леопарда, що мешкає на Амурі, значно менше, ніж африканський. У наведених прикладах порівнювані форми відрізняються за способом життя (острівні і континентальні популяції; тундровий підвид, що живиться дрібнішою здобиччю і лісової, що живиться більшою).

Щодо людини правило певною мірою застосовно (наприклад, племена пігмеїв, мабуть, неодноразово і незалежно з'являлися у різних районах із тропічним кліматом); однак через відмінності в місцевих дієтах і звичаях, міграції та дрейфу генів між популяціями накладаються обмеження на застосування цього правила.

Правило Глогераполягає в тому, що серед споріднених один одному форм (різних рас або підвидів одного виду, споріднених видів) гомойотермних (теплокровних) тварин, ті, що мешкають в умовах теплого та вологого клімату, пофарбовані яскравіше, ніж ті, що мешкають в умовах холодного та сухий клімат. Встановлено в 1833 Костянтином Глогером (Gloger C. W. L.; 1803-1863), польським і німецьким орнітологом.

Наприклад, більшість пустельних видів птахів пофарбовані тьмяніше, ніж їхні родичі із субтропічних та тропічних лісів. Пояснюватися правило Глогера може як міркуваннями маскування, і впливом кліматичних умов синтезу пігментів. Певною мірою правило Глогера поширюється і напойкілотермних (холоднокровних) тварин, зокрема комах.

Вологість як екологічний фактор

Спочатку всі організми були водними. Завоювавши суходіл, не втратили залежності від води. Складовою всіх живих організмів є вода. Вологість - це кількість водяної пари в повітрі. Без вологості чи води немає життя.

Вологість - це параметр, що характеризує вміст водяної пари в повітрі. Абсолютна вологість - це кількість водяної пари в повітрі і залежить від температури та тиску. Ця кількість називається відносною вологістю (тобто співвідношення кількості водяної пари в повітрі до насиченої кількості пари за певних умов температури та тиску.)

У природі існує добовий ритм вологості. Вологість коливається по вертикалі та горизонталі. Цей чинник поряд зі світлом та температурою відіграє велику роль у регулюванні активності організмів та їх поширенні. Вологість змінює ефект температури.

Важливим екологічним чинником є всущення повітря. Особливо для наземних організмів, що має величезне значення висушують дію повітря. Тварини пристосовуються, пересуваючись у захищені місця та активний спосіб життя ведуть уночі.

Рослини поглинають воду з ґрунту і майже повністю (97-99%) випаровуються через листя. Цей процес називається транспірацією. Випаровування охолоджує листя. Завдяки випаровуванню йде транспорт іонів, через ґрунт до коренів, транспорт іонів між клітинами тощо.

Певна кількість вологості необхідна для наземних організмів. Багато хто з них для нормальної життєдіяльності потребує відносної вологості 100%, і навпаки організм, що знаходиться в нормальному стані, не може жити довгий час в абсолютно сухому повітрі, бо він постійно втрачає воду. Вода є необхідною частиною живої речовини. Тому втрата води у відомій кількості призводить до загибелі.

Рослини сухого клімату пристосовуються морфологічними змінами, редукцією вегетативних органів, особливо листя.

Наземні тварини також пристосовуються. Багато хто з них п'є воду, інші всмоктують її через покриви тіла в рідкому або пароподібному стані. Наприклад, більшість амфібій, деякі комахи та кліщі. Більшість тварин пустель ніколи не п'є, вони задовольняють свої потреби за рахунок води, що надійшла з їжею. Інші тварини одержують воду в процесі окислення жирів.

Вода для живих організмів необхідна. Тому організми поширюються за місцем проживання залежно від своїх потреб: водні організми у воді живуть постійно; гідрофіти можуть жити лише у дуже вологих середовищах.

З точки зору екологічної валентності гідрофіти та гігрофіти відносяться до групи стеногрів. Вологість сильно впливає на життєві функції організмів, наприклад, 70% відносна вологість була дуже сприятливою для польового дозрівання та плодючості самок перелітної сарани. При сприятливому розмноженні вони завдають величезної економічної шкоди посівам багатьох країн.

Для екологічної оцінки поширення організмів мають показник сухості клімату. Сухість є селективним чинником для екологічної класифікації організмів.

Таким чином, залежно від особливостей вологості місцевого клімату, види організмів розподіляються за екологічними групами:

1. Гідатофіти – це водні рослини.

2. Гідрофіти – це рослини наземно-водні.

3. Гігрофіти - наземні рослини, що живуть в умовах підвищеної вологості.

4. Мезофіти - це рослини, що ростуть при середньому зволоженні

5. Ксерофіти - це рослини, що ростуть з недостатнім зволоженням. Вони у свою чергу поділяються на: сукуленти - соковиті рослини (кактуси); склерофіти - це рослини з вузьким і дрібним листям, і згорнутими в трубочки. Вони також поділяються на еуксерофіти та стіпаксерофіти. Еуксерофіти – це степові рослини. Стипаксерофіти - це група вузьколистих дерновинних злаків (ковила, типчак, тонконіг та ін). У свою чергу мезофіти також поділяються на мезогігрофіти, мезоксерофіти і т.д.

Поступаючись за своїм значенням температурі, вологість відноситься до основних екологічних факторів. Протягом більшу частину історії живої природи органічний світ було представлено виключно водними нормами організмів. Складовою величезної більшості живих істот є вода, і для здійснення розмноження або злиття гамет майже всі вони потребують водного середовища. Сухопутні тварини змушені створювати у своєму тілі штучне водне середовище для запліднення, а це призводять до того, що останнє стає внутрішнім.

Вологість - це кількість водяної пари у повітрі. Його можна виразити у грамах на кубічний метр.

Світло як екологічний чинник. Роль світла у житті організмів

Світло є одна з форм енергії. За першим законом термодинаміки, або законом збереження енергії, енергія може переходити з однієї форми до іншої. За цим законом, організми є термодинамічної системою енергією і речовиною, що постійно обмінюється з навколишнім середовищем. Організми, що на поверхні Землі піддаються впливу потоку енергії, в основному сонячної енергії, а також довготривалого теплового випромінювання космічних тіл.

Обидва ці фактори визначають кліматичні умови середовища (температура, швидкість випаровування води, рух повітря та води). На біосферу з космосу падає сонячне світло з енергією 2 кал. на 1см 2 за 1 хв. Ця так звана сонячна стала. Це світло, проходячи через атмосферу, послаблюється і до Землі в ясний опівдні може дійти трохи більше 67% його енергії, тобто. 1,34 кал. на см 2 за 1хв. Проходячи через хмарний покрив, воду та рослинність, сонячне світло ще більше послаблюється, і в ньому значно змінюється розподіл енергії по різних ділянках спектру.

Ступінь ослаблення сонячного світла та космічного випромінювання залежить від довжини хвилі (частоти) світла. Ультрафіолетове випромінювання із довжиною хвилі менше 0,3 мкм майже не проходить через озоновий шар (на висоті близько 25 км). Таке випромінювання є небезпечним для живого організму зокрема для протоплазми.

У живій природі світло єдине джерело енергії, всі рослини, крім бактерій, фотосинтезують, тобто. синтезують органічні речовини з неорганічних речовин (тобто з води, мінеральних солей та СО-В живій природі світло єдине джерело енергії, всі рослини, крім бактерій 2 - за допомогою променистої енергії в процесі асиміляції). Усі організми залежить від живленні від земних фотосинтезирующих тобто. хлорофілоносних рослин.

Світло як екологічний фактор ділиться на ультрафіолетовий з довжиною хвилі - 0,40 - 0,75 мкм і інфрачервоний з довжиною хвилі більший за ці величі.

Дія цих чинників залежить від якості організмів. Кожен вид організму адаптовано до того чи іншого спектру довжиною хвилі світла. Одні види організмів адаптувалися до ультрафіолетових, інші до інфрачервоним.

Деякі організми здатні розрізнити довжину хвилі. Вони мають спеціальні світлосприйняті системи і мають кольоровий зір, які мають величезне значення в їхній життєдіяльності. Багато комах чутливі до короткохвильового випромінювання, яке людина не сприймає. Нічні метелики добре сприймають ультрафіолетові промені. Бджоли та птахи точно визначають своє місцезнаходження та орієнтуються біля навіть уночі.

Організми сильно реагують і інтенсивність світла. За цими ознаками рослини поділяються на три екологічні групи:

1. Світлолюбні, сонцелюбні або геліофіти – які здатні нормально розвиватися тільки під сонячними променями.

2. Тенелюбні, або сціофіти - це рослини нижніх ярусів лісів та глибоководні рослини, наприклад, конвалії та інші.

При зниженні інтенсивності світла уповільнюється фотосинтез. У всіх живих організмів існують порогові чутливості інтенсивності світла, а також інших екологічних факторів. У різних організмів гранична чутливість до екологічних факторів неоднакова. Наприклад, інтенсивне світло гальмує розвиток мух дрозофіл, навіть спричиняє їх загибель. Не люблять світло і таргани та інші комахи. Більшість фотосинтетичних рослин за слабкої інтенсивності світла йде гальмування синтезу білків, а тварин гальмуються процеси біосинтезу.

3. Тіневитривалі або факультативні геліофіти. Рослини, які добре ростуть і в тіні, і на світлі. У тварин ці властивості організмів називаються світлолюбні (фотофіли), тенелюбні (фотофоби), еврифобні – стенофобні.

Екологічна валентність

ступінь пристосовуваності живого організму до зміни умов середовища. е. в. є видове властивість. Кількісно вона виражається діапазоном змін середовища, в межах якого даний вид зберігає нормальну життєдіяльність. е. в. може розглядатися як щодо реакції виду на окремі фактори середовища, так і щодо комплексу факторів.

У першому випадку види, що переносять широкі зміни сили фактора, що впливає, позначаються терміном, що складається з назви даного фактора з приставкою «еврі» (евритермні - по відношенню до впливу температури, евригалінні - до солоності, еврибатні - до глибини і т.п.); види, пристосовані лише до невеликих змін даного фактора, позначаються аналогічним терміном зіставкою «стіно» (стенотермні, стеногалінні тощо). Види, що мають широку Е. в. по відношенню до комплексу факторів, називаються еврібіонтами (див. Еврібіонти) в протилежність до стенобіонтів, що володіє малою пристосовністю. Оскільки еврібіонтність дає можливість заселення різноманітних місць проживання, а стенобіонтність різко звужує коло придатних для виду стацій, ці дві групи часто називають відповідно еврі-або стенотопними.

Еврібіонти, тваринні та рослинні організми, здатні існувати при значних змінах умов навколишнього середовища Так, наприклад, мешканці морської літоралі переносять регулярне осушення під час відливу, влітку - сильне прогрівання, а взимку - охолодження, а іноді промерзання (евритермні тварини); жителі естуаріїв річок витримують значить. коливання солоності води (евригалінні тварини); ряд тварин існує у широкому діапазоні гідростатичного тиску (еврібатні тварини). Багато наземних жителів помірних широт здатні витримувати великі сезонні коливання температури.

Еврібіонтність виду збільшується здатністю переносити несприятливі умови в стані анабіозу (багато бактерій, суперечки та насіння багатьох рослин, дорослі багаторічні рослини холодних і помірних широт, зимуючі нирки прісноводних губок і мшанок, яйця жаброногих ракоподібних, дорослі тихоходки та деякі колішки). (деякі ссавці).

ПРАВИЛО ЧЕТВЕРИКОВА,правило, відповідно до якого в природі всі види живих організмів, представлені не окремими ізольованими особинами, а у формі сукупностей числа (іноді дуже великого) особин-популяцій. Виведено С. С. Четвериковим (1903).

Вид- це сукупність популяцій особин, що історично склалася, подібних за морфо-фізіологічними властивостями, здатних вільно схрещуватися між собою і давати плідне потомство, що займають певний ареал. Кожен вид живих організмів можна описати сукупністю характерних рис, властивостей, що називаються ознаками виду. Ознаки виду, з допомогою яких один вид можна від іншого, називаються критеріями виду.

Найчастіше використовують сім загальних критеріїв виду:

1. Специфічний тип організації: сукупність характерних ознак, дозволяють відрізнити особин цього виду від особин іншого.

2. Географічна визначеність: існування особин виду у конкретному місці на земній кулі; ареал -район проживання особин цього виду.

3. Екологічна визначеність: особини виду живуть у конкретному діапазоні значень фізичних факторів середовища, таких як температура, вологість, тиск та ін.

4. Диференційованість: вид складається з дрібніших груп особин.

5. Дискретність: особини цього виду відокремлені від особин іншого розривом – хіатусом. Хіатус визначається дією ізолюючих механізмів, таких як розбіжність термінів розмноження, використання специфічних поведінкових реакцій, стерильність гібридів та ін.

6. Відтворюваність: розмноження особин може здійснюватися безстатевим шляхом (ступінь мінливості низька) і статевим (ступінь мінливості висока, тому що кожен організм поєднує ознаки батька та матері).

7. Певний рівень чисельності: чисельність зазнає періодичних (хвиль життя) і неперіодичних змін.

Особи будь-якого виду розподіляються у просторі вкрай нерівномірно. Наприклад, кропива дводомна в межах свого ареалу зустрічається тільки у вологих тінистих місцях з родючим ґрунтом, утворюючи зарості в заплавах Рік, струмків, навколо озер, по околицях топій, у змішаних лісах та чагарниках. Колонії європейського кроту, добре помітні на горбах землі, зустрічаються на лісових узліссях, луках і полях. Придатні для життя
житла хоч і зустрічаються часто в межах ареалу, але не покривають весь ареал, і тому на інших його ділянках особини цього виду не зустрічаються. Немає сенсу шукати кропиву у сосновому лісі чи кроту на болоті.

Таким чином, нерівномірність розподілу виду у просторі виражається у вигляді «острівців щільності», «згущень». Ділянки з відносно високим поширенням цього виду чергуються з ділянками з низькою чисельністю. Такі центри щільності населення кожного виду і називаються популяціями. Населення - це сукупність особин цього виду, протягом багато часу (великого числа поколінь) населяють певний простір (частина ареалу), і ізольована з інших таких самих сукупностей.

Усередині популяції практично здійснюється вільне схрещування (панміксія). Іншими словами, популяція - це група осіб, що вільно скріплюються між собою, проживають довго на певній території, і відносно ізольована від інших таких же груп. Вигляд, таким чином, є сукупністю популяцій, а популяція є структурною одиницею виду.

Відмінність популяції від виду:

1) особини різних популяцій вільно схрещуються один з одним,

2) особини різних популяцій слабо різняться між собою,

3) між двома сусідніми популяціями немає розриву, тобто з-поміж них існує поступовий перехід.

Процес видоутворення. Припустимо, що цей вид займає певний ареал, який визначається характером харчування. Внаслідок дивергенції між особинами збільшується ареал. У новому ареалі будуть перебувати ділянки з різними кормовими рослинами, фізико-хімічними властивостями тощо. буд. Надалі, у результаті все посилюється різницю між особинами популяцій, буде дедалі виразніше, що особини однієї популяції відрізняються за якоюсь ознакою від особин інший популяції. Відбувається процес дивергенції популяцій. У кожній із них накопичуються мутації.

Представники будь-якого виду у локальній частині ареалу утворюють місцеву популяцію. Сукупність місцевих популяцій, що з однорідними за умовами життя ділянками ареалу, становить екологічну популяцію. Так, якщо вид мешкає на лузі і в лісі, то говорять про його ясна і лучна популяціях. Популяції не більше ареалу виду, пов'язані з певними географічними кордонами, називаються географічними популяціями.
Розміри та межі популяцій можуть різко змінюватися. При спалахах масового розмноження вид розселяється дуже і виникають гігантські популяції.

Сукупність географічних популяцій із стійкими ознаками, здатністю схрещуватися і давати плідне потомство називається підвидом. Дарвін говорив, що утворення нових видів йде через різновиди (підвиди).

Слід пам'ятати, що у природі часто якийсь елемент відсутній.
Мутації, які у особин кожного підвиду, що неспроможні власними силами призвести до утворення нових видів. Причина полягає в тому, що ця мутація блукатиме по популяції, оскільки особини підвидів репродуктивно не ізольовані. Якщо мутація корисна, вона підвищує гетерозиготність популяції, якщо шкідлива, то буде просто відкинута відбором.

В результаті постійно протікає мутаційного процесу і вільного схрещування в популяціях накопичуються мутації. Створюється, за теорією І. І. Шмальгаузена, резерв спадкової мінливості, тобто переважна більшість мутацій, що виникають, рецесивні і фенотипно не виявляються. Після досягнення високої концентрації мутацій у гетерозиготному стані стає можливим схрещування особин, що несуть рецесивні гени. При цьому з'являються гомозиготні особини, у яких мутації виявляються фенотипно. У таких випадках мутації вже підпадають під контроль природного відбору.
Але це ще не має вирішального значення для процесу видоутворення, тому що природні популяції є відкритими і в них постійно вносяться чужорідні гени із сусідніх популяцій.

Має місце потік генів, достатній підтримки великої подібності генофондів (сукупність всіх генотипів) всіх місцевих популяцій. Підраховано, що поповнення генофонду за рахунок чужорідних генів у популяції, що складається з 200 особин, кожна з яких має 100 ТОВ локусів, у 100 разів більше, ніж за рахунок мутацій. Внаслідок цього жодна популяція неспроможна різко змінюватися до того часу, поки вона піддається нормалізуючому впливу потоку генів. Стійкість популяції до зміни її генетичного складу під впливом відбору називається генетичним гомеостазом.

В результаті генетичного гомеостазу в популяції утворення нового виду дуже утруднене. Повинна реалізуватись ще одна умова! А саме потрібна ізоляція генофонду дочірньої популяції від материнського генофонду. Ізоляція може бути у двох формах: просторової та тимчасової. Просторова ізоляція виникає завдяки різним географічним бар'єрам, таким як пустелі, ліси, річки, дюни, заплави. Найчастіше просторова ізоляція виникає через різке скорочення суцільного ареалу та розпадання його на окремі кишені чи ніші.

Часто населення ізолюється внаслідок міграції. у такому разі виникає популяція-ізолянт. Однак, оскільки зазвичай кількість особин у популяції-ізолянті є великою, існує небезпека інбридингу - виродження, в'язаного з близьким спорідненим схрещуванням. Видоутворення на основі просторової ізоляції називається географічним.

До тимчасової форми ізоляції входить зміна термінів розмноження та зрушення всього циклу життя. Видоутворення на основі тимчасової ізоляції називається екологічним.
Вирішальним у обох випадках є створення нової, несумісної зі старої, генетичної системи. Через видоутворення реалізується еволюція, ось чому свідчать, що вигляд є елементарної еволюційної системою. Населення - елементарна еволюційна одиниця!

Статистичні та динамічні характеристики популяцій.

Види організмів входять у біоценоз не окремими особинами, а популяціями чи його частинами. Населення - це частина виду (складається з особин одного виду), що займає відносно однорідний простір і здатна до саморегулювання та підтримання певної чисельності. Кожен вид в межах займаної території розпадається на популяції. Якщо розглядати вплив факторів довкілля на окремо взятий організм, то при певному рівні фактора (наприклад, температури) досліджувана особина або виживе, або загине. Картина змінюється щодо впливу тієї самої чинника групу організмів одного виду.

Одні особини загинуть або знизять життєву активність при одній конкретній температурі, інші - при нижчій, треті - за більш високої. чинників існувати як угруповань, чи популяцій, тобто. сукупності спільно мешкають особин, які мають подібної спадковістю. Найважливішим ознакою популяції є займана нею загальна територія. Але в межах популяції можуть бути більш менш ізольовані з різних причин угруповання.

Тому дати вичерпне визначення популяції важко через розмитість кордонів між окремими групами особин. Кожен вид складається з однієї або декількох популяцій, і популяція, таким чином, - це форма існування виду, його найменша одиниця, що еволюціонує. Для популяцій різних видів існують допустимі межі зниження чисельності особин, за якими існування популяції стає неможливим. Точних даних про критичні значення чисельності популяцій у літературі немає. Наведені значення суперечливі. Залишається, однак, безсумнівним факт, що чим дрібніші за особину, тим вищі критичні значення їх чисельності. Для мікроорганізмів це мільйони особин, для комах – десятки та сотні тисяч, а для великих ссавців – кілька десятків.

Чисельність не повинна зменшуватися нижче за межі, за якими різко знижується ймовірність зустрічі статевих партнерів. Критична чисельність також залежить з інших чинників. Наприклад, для деяких організмів специфічний груповий спосіб життя (колонії, зграї, череди). Групи всередині популяції щодо відокремлені. Можуть мати місце такі випадки, коли чисельність популяції загалом досить велика, а чисельність окремих груп зменшено нижче критичних меж.

Наприклад, колонія (група) перуанського баклана повинна мати чисельність не менше 10 тис. особин, а череда північних оленів - 300 - 400 голів. Для розуміння механізмів функціонування та вирішення питань використання популяцій велике значення мають відомості про їхню структуру. Розрізняють статеву, вікову, територіальну та інші види структури. У теоретичному та прикладному планах найбільш важливі дані про вікову структуру - співвідношення особин (часто об'єднаних у групи) різного віку.

У тварин виділяють такі вікові групи:

Ювенільна група (дитяча) сенільна група (стареча, яка не бере участі у відтворенні)

Доросла група (особи, які здійснюють репродукцію).

Зазвичай найбільшою життєздатністю відрізняються нормальні популяції, у яких віку представлені щодо рівномірно. У регресивній (вимирає) популяції переважають старечі особини, що свідчить про наявність негативних факторів, що порушують відтворювальні функції. Потрібні термінові заходи щодо виявлення та усунення причин такого стану. Впроваджувані (інвазійні) популяції представлені переважно молодими особинами. Життєвість їх зазвичай не викликає побоювань, але велика ймовірність спалахів надмірно високої чисельності особин, оскільки у таких популяціях не сформувалися трофічні та інші зв'язки.

Особливо небезпечно, якщо це населення видів, які раніше були відсутні на даній території. У такому випадку популяції зазвичай знаходять і займають вільну екологічну нішу і реалізують свій потенціал розмноження, інтенсивно збільшуючи чисельність. яка приростає за проміжок часу між вилученнями. Вилучатися повинні насамперед особи післяпродуктивного віку (закінчили розмноження). Якщо має на меті отримання певного продукту, то вік, стать та інші показники популяцій коригуються з урахуванням поставленого завдання.

Експлуатація популяцій рослинних угруповань (напр., отримання деревини), зазвичай приурочується до періоду вікового уповільнення приросту (накопичення продукції). Цей період зазвичай збігається з максимальним накопиченням деревини на одиниці площі. Популяції властиве також певне співвідношення статей, причому співвідношення самців і самок не дорівнює 1:1. Відомі випадки різкого переважання тієї чи іншої статі, чергування поколінь із відсутністю самців. Кожна популяція може мати складну просторову структуру, (поділяючись більш-менш великі ієрархічні групи - від географічної до елементарної (микропопуляции) .

Так, якщо рівень смертності не залежить від віку особин, то крива виживання є лінією, що знижується (див. малюнок, тип I). Тобто відмирання особин відбувається у цьому типі поступово, коефіцієнт смертності залишається незмінним протягом усього життя. Така крива виживання властива видам, розвиток яких відбувається без метаморфозу при достатній стійкості потомства, що народжується. Цей тип прийнято називати типом гідри - для неї властива крива виживання, що наближається до прямої лінії. У видів, котрим роль зовнішніх чинників у смертності невелика, крива виживання характеризується невеликим зниженням до певного віку, після якого відбувається різке падіння внаслідок природної (фізіологічної) смертності.

Тип II малюнку. Близький до цього типу характер кривої виживання властивий людині (хоча крива виживання людини дещо пологіша і, таким чином, є чимось середнім між типами I і II). Цей тип носить назви типу дрозофіли: саме його демонструють дрозофіли в лабораторних умовах (не їжа хижаками). Для багатьох видів характерна висока смертність на ранніх стадіях онтогенезу. У таких видів крива виживання характеризується різким падінням у сфері молодшого віку. Особи, які пережили "критичний" вік, демонструють низьку смертність і доживають до більшого віку. Тип має назву типу устриці. Тип III малюнку. Вивчення кривих виживання становить великий інтерес для еколога. Воно дозволяє судити про те, в якому віці той чи інший вид найбільш уразливий. Якщо дію причин, здатних змінити народжуваність чи смертність, посідає найбільш вразливу стадію, їх вплив на подальше розвиток популяції буде найбільшим. Цю закономірність необхідно враховувати з організацією полювання чи боротьби з шкідниками.

Вікова та статева структури популяцій.

Будь-якій популяції властива певна організація. Розподіл особин по території, співвідношення груп особин за статтю, віком, морфологічними, фізіологічними, поведінковими та генетичними особливостями відображають відповідну структуру популяції : просторову, статеву, вікову та ін. Структура формується з одного боку з урахуванням загальних біологічних властивостей видів, з другого - під впливом абіотичних чинників середовища проживання і популяцій інших видів.

Структура популяції має, в такий спосіб, пристосувальний характер. Різні популяції одного виду мають як подібні особливості, і відмінні, що характеризують специфіку екологічних умов у місцях їх проживання.

В цілому, крім адаптивних можливостей окремих особин, на певних територіях формуються пристосувальні риси групової адаптації популяції як надіндивідуальної системи, що говорить про те, що пристосувальні особливості популяції набагато вищі, ніж у її індивідів.

Віковий склад- має важливе значення для існування популяції. Середня тривалість життя організмів та співвідношення чисельності (або біомаси) особин різного віку характеризується віковою структурою популяції. Формування вікової структури відбувається внаслідок спільної дії процесів розмноження та смертності.

У будь-якій популяції умовно виділяються 3 вікові екологічні групи:

Передрепродуктивну;

репродуктивну;

Постпродуктивну.

До передрепродуктивної групи належать особини, які ще не здатні до відтворення. Репродуктивна – особини, здатні до розмноження. Пострепродуктивна – особини, що втратили здатність до розмноження. Тривалість цих періодів сильно варіюється в залежності від виду організмів.

За сприятливих умов у популяції є всі вікові групи і підтримується більш менш стабільний віковий склад. У швидко зростаючих популяціях переважають молоді особини, а скорочуються — старі, не здатні інтенсивно розмножуватися. Такі популяції малопродуктивні, недостатньо стійкі.

Є види з простою віковою структурою популяцій, що складаються з особин майже одного віку.

Наприклад, всі однорічні рослини однієї популяції навесні перебувають у стадії проростків, потім майже одночасно зацвітають, а восени дають насіння.

У видів зі складною віковою структурою популяцій одночасно мешкають кілька поколінь.

Наприклад, у стажах слонів є молоді, зрілі та старі тварини.

Популяції, що включають багато генерацій (різних вікових груп) більш стійкі, менш схильні до впливу факторів, що впливають на розмноження або смертність у конкретному році. Екстремальні умови можуть призвести до загибелі найбільш уразливих вікових груп, але найстійкіші виживають та дають нові генерації.

Наприклад, людина сприймається як біологічний вид, має складну вікову структуру. Стійкість популяцій виду виявилося, наприклад, під час Другої світової війни.

Для дослідження вікових структур популяцій використовують графічні прийоми, наприклад вікові піраміди популяції, широко використовуються в демографічних дослідженнях (рис.3.9).

Рис.3.9. Вікові піраміди популяції.

А - масове розмноження, В - стабільна популяція, С - популяція, що скорочується

Стійкість популяцій виду значною мірою залежить і від статевої структури , тобто. співвідношення особин різних статей. Статеві угруповання всередині популяцій формуються на основі відмінностей у морфології (форма та будова тіла) та екології різних статей.

Наприклад, у деяких комах самці мають крила, а самки немає, у самців деяких ссавців є роги, але вони відсутні у самок, у самців птахів яскраве оперення, а у самок, що маскує.

Екологічні відмінності виражаються у харчових уподобаннях (самки багатьох комарів смокчуть кров, а самці харчуються нектаром).

Генетичний механізм забезпечує приблизно рівне співвідношення особин обох статей при народженні. Проте вихідне співвідношення невдовзі порушується внаслідок фізіологічних, поведінкових та екологічних відмінностей самців і самок, які викликають нерівномірну смертність.

Аналіз вікової та статевої структури популяцій дозволяє прогнозувати її чисельність на низку найближчих поколінь та років. Це важливо в оцінці можливостей промислу риби, відстрілу тварин, порятунку врожаю від навал сарани та інших випадках.

ФДБОУ ВПО «Новосибірський державний аграрний університет»

Інститут заочної освіти та підвищення кваліфікації

Кафедра прогресивних технологій у сільськогосподарському виробництві

З дисципліни: «Екологія»

Тема: «Температура та її роль у житті організмів»

Студентки заочного відділення

Шелеметьєвої Катерини Іванівни

Новосибірськ 2014 р.

Вступ

1. Середовище проживання

2. Фактори довкілля

3. Закономірності екологічних факторів

4. Температура

5. Температурні адаптації

5.1 Температурні адаптації рослин

5.2 Температурні адаптації тварин

6. Основні шляхи температурних адаптацій

Список використаної літератури

Вступ

Організми, що живуть на Землі, дуже різноманітні і утворюють цілі царства та підцарства, які включають рослини, тварин, гриби, бактерії, найпростіші, архебактерії, ціанобактерії.

Всі ці організми живуть у різних умовах, займають строго певний життєвий простір. Кожен з них для свого нормального розвитку та розмноження потребує певних умов довкілля.

Взаємини між організмами та навколишнім середовищем, дія довкілля на будову, життєдіяльність, і поведінка організмів, залежність між станом довкілля та благополуччям популяцій і т.д. вивчає наука екологія.

Екологія - це наука, що вивчає відносини організмів (особин, популяцій, біоценозів тощо) між собою та з навколишнім середовищем їх неорганічною природою, загальні закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня, місце існування живих істот (включаючи людину).

У моєму рефераті ми розглянемо, що таке місце існування і яку роль грає температура у житті організмів.

1. Середовище проживання

Середовище - це та частина природи, яка оточує живий організм і з якою він безпосередньо взаємодіє.

Середовище - це фізичні властивості простору, що оточує рослину, тварини або людини, тобто температура, освітленість, тиск, рівень радіації, рухливість частинок.

Першим середовищем, в якому виникло і поширилося життя, було водне середовище. Поступово живі організми оволоділи наземно-повітряним середовищем, створили та населили ґрунт, специфічним середовищем життя стали самі живі організми.

Серед існування завжди є дуже важливі елементи, від яких залежить можливість існування організму і є компоненти середовища, для даного організму байдужі.

Тому, крім поняття «довкілля», в екології склалися поняття про фактори середовища та умови існування організмів.

2. Фактори довкілля

Елементи довкілля, що надають позитивний чи негативний вплив існування і географічне поширення живих істот, визначають як екологічні чинники.

Умовно всі чинники поділяють на групи: абіотичні, біотичні, антропогенні.

Абіотичні фактори - всі властивості неживої природи, що прямо чи опосередковано впливають на живі організми. Це температура, світло, тиск, вологість тощо.

В рамках теми ми розглянемо лише абіотичні фактори, а конкретніше температуру та її роль у житті організмів.

Температура дуже мінливий у просторі та часі екологічний фактор. Наприклад, температура сильно варіює на поверхні суші, але майже постійна на дні океану та в глибині печер.

У характері впливу екологічних чинників на організми та їх відповідних реакціях можна назвати певні закономірності.

3. Закономірності екологічних факторів

Перша закономірність – закон оптимуму. Кожен фактор має певні межі позитивного впливу на організми. Межі сприятливого на організм називаються законом оптимуму.

Максимально і мінімально перенесені значення чинника - це критичні точки, поза яких існування неможливо.

Схема впливу чинників середовища на живі організми представлена малюнку 1.

Рисунок 1 -Схема дії факторів середовища на живі організми

У кожного виду організмів свої межі витривалості та оптимальні значення дії факторів середовища. Так, песці в тундрі можуть переносити коливання температури повітря близько 80 ° З (від +30 до -50 ° С)

Друга закономірність - неоднозначність впливу чинника різні функції організму. Один і той же фактор впливає на функції організму.

Так, температура повітря від +40 до +50 ° З у холоднокровних тварин сильно збільшує швидкість обмінних процесів, але гальмує рухову активність і тварини впадають у теплове заціпеніння (анабіоз). Бурий ведмідь спить за однієї температури, а активних дій, пошуку їжі, розмноження йому потрібна інша температура.

Третя закономірність – вплив факторів на організм. Чинники довкілля діють не кожен окремо, а взаємно (табл.1). Взаємодія полягає в тому, що зміна інтенсивності одного з них може звузити межу витривалості до іншого фактора або навпаки збільшити його.

Наприклад, оптимальна температура підвищує витривалість до нестачі вологи та їжі. Сильний мороз без вітру переноситься легше, а у вітряну погоду за сильного морозу велика ймовірність обмороження.

Таблиця 1 – Взаємодія факторів

Температура, ° Рух повітря, м/с17,7 22,4 25100 70 200,0 0,5 2,5

Відчуття організмів однакові за різної комбінації трьох факторів.

Четверта закономірність - правило обмежуючого чинника. Якщо дія чинника виходить за критичні точки - межі витривалості, існування виду стає неможливим. Наприклад, нестача тепла перешкоджає поширенню деяких видів плодових рослин на північ (персик, волоський горіх).

Відповідно до теорії Ч.Дарвіна всі організми мінливі та здатні до адаптації.

Адаптація - це системи регулювання обмінних процесів та фізіологічних особливостей, що забезпечують максимальну пристосованість організмів до умов навколишнього середовища.

4. Температура

Температури – це межі існування життя. У середньому вони становлять від 0 ° З до +50 ° Однак деякі види пристосовані до активного існування при температурах, що виходять за вказані межі.

Види, що віддають перевагу холоду (кріофіли), зберігають активність до -10. ° С. Переохолодження здатні виносити бактерії, гриби, лишайники, мохи, членистоногі. Дерева та рослини також долають переохолодження.

Існує група організмів, які віддають перевагу високим температурам - термофілам. Це черв'яки, комахи, кліщі, що мешкають у пустелях, бактерії. Латентні організми (спори деяких бактерій, насіння рослин тощо) можуть витримати перегрівання до 180° З.

абіотична температура адаптація тварина

5. Температурні адаптації

1 Температурні адаптації рослин

Рослини - нерухомі організми, тому змушені пристосовуватися до температурних коливань. Вони мають спеціальні системи, що оберігають від переохолодження або перегріву. Наприклад, транспірація – система випаровування води рослинами через устьичний апарат. Деякі рослини набули навіть стійкості до пожеж – їх називають пірофітами. Так, у дерев саван товста кора, просочена вогнетривкими речовинами.

5.2 Температурні адаптації тварин

Тварини мають більшу здатність пристосовуватися до зміни температури, порівняно з рослинами. Вони здатні пересуватися, мають власну мускулатуру і виробляють власне тепло.

Залежно від механізмів підтримання постійної температури тіла розрізняють:

-пойкілотермних (холоднокровних) тварин;

-гомойотермних (теплокровних) тварин.

Холоднокровні - це комахи, риби, плазуни та земноводні. Їхня температура тіла змінюється разом із температурою навколишнього середовища.

Теплокровні – тварини з постійною температурою тіла, здатні її підтримувати навіть при сильних коливаннях зовнішньої температури. Це ссавці та птахи.

6. Основні шляхи температурних адаптацій

Для того щоб жити і розмножуватися в певних умовах навколишнього середовища, у тварин і рослин у процесі еволюції виробилися найрізноманітніші пристосування та системи відповідності цього середовища проживання.

Існують такі шляхи температурних адаптацій:

-хімічна терморегуляція - підвищення теплопродукції у відповідь зниження температури довкілля;

-фізична терморегуляція - здатність утримувати тепло завдяки волосяному та перовому покривам, розподілу жирових запасів, можливості випарної тепловіддачі тощо.

-поведінкова терморегуляція - здатність переміщатися з місць крайніх температур до місць оптимальних температур. Це основний шлях терморегуляції у пойкілотермних тварин. При підвищенні температури вони прагнуть змінити позу або сховатись у тінь, у нору. Бджоли, терміти та мурахи будують гнізда з добре регульованою температурою всередині них.

Для ілюстрації досконалості терморегуляції у вищих тварин та людини можна навести такий приклад. Близько 200 років тому доктор Ч. Блегден в Англії поставив такий досвід: він разом із друзями та собакою провів 45 хв. у сухій камері при +126 °C без наслідків для здоров'я. Любителі фінської лазні знають, що можна проводити в сауні з температурою понад +100 °C деякий час (для кожного свій), і це корисно для здоров'я. Але ми також знаємо, що якщо тримати при такій температурі шматок м'яса, він звариться.

При дії холоду у теплокровних посилюються окислювальні процеси, особливо у м'язах. Набуває чинності хімічна терморегуляція. Відзначається м'язове тремтіння, що призводить до виділення додаткового тепла. Особливо посилюється обмін ліпідів, оскільки у жирах міститься значний запас хімічної енергії. Тому накопичення жирових запасів забезпечує найкращу терморегуляцію.

Посилене виробництво теплопродукції супроводжується споживанням великої кількості їжі. Так, птахам, що залишаються на зиму, потрібно багато корму, їм страшні не морози, а безгодівля. При хорошому врожаї ялини та сосни клісти, наприклад, навіть узимку виводять пташенят. Люди - жителів суворих сибірських чи північних районів - з покоління до покоління вироблялося висококалорійне меню - традиційні пельмені та іншу калорійну їжу. Тому, перш ніж слідувати модним західним дієтам і відкидати їжу предків, потрібно згадати про доцільність, що існує в природі, що лежить в основі багаторічних традицій людей.

Ефективним механізмом регуляції теплообміну у тварин, як і рослин, є випаровування води шляхом потовиділення або через слизові оболонки рота і верхніх дихальних шляхів. Це приклад фізичної терморегуляції. Людина при сильній спеці може виділити до 12 літрів поту на день, розсіюючи при цьому тепла в 10 разів більше за норму. Вода, що виділяється, частково повинна повертатися через питво.

Теплокровним тваринам, як і і холоднокровним, властива поведінкова терморегуляція. У норах тварин, що живуть під землею, коливання температур тим менше, чим глибша нора. У майстерно збудованих гніздах бджіл підтримується рівний, сприятливий мікроклімат.

Особливий інтерес представляє групова поведінка тварин. Наприклад, пінгвіни у сильний мороз та буран утворюють «черепаху» – щільну купу. Ті, хто опинився з краю, поступово пробираються усередину, де підтримується температура близько +37 °C. Там же, всередині, розміщуються і дитинчата.

Таким чином, місце існування - одне з ключових понять екології. При оцінці впливу факторів середовища на живі організми важливим виявляється інтенсивність їх дії: у сприятливих умовах говорять про оптимальну, а при надлишку або нестачі - обмежує дію факторів середовища (межі витривалості).

У ході еволюції та при впливі мінливих факторів середовища жива природа досягла великої різноманітності. Але процес не припинився: змінюються природні умови, організми пристосовуються до умов навколишнього середовища, що змінилися, і виробляють системи адаптації для забезпечення надзвичайної пристосованості до умов проживання. Ця здатність організмів адаптуватися до зміни середовища є найважливішою екологічною властивістю, що забезпечує відповідність між істотами та середовищем їхнього існування.

Список використаної літератури

Навчальна література

Надішліть заявку із зазначенням теми прямо зараз, щоб дізнатися про можливість отримання консультації.

Більшість видів рослин та тварин пристосовані до досить вузького діапазону температур. Деякі організми, особливо у стані спокою чи анабіозу здатні витримувати досить низькі температури. Коливання температури у воді зазвичай менше, ніж на суші, тому межі стійкості до температури у водних організмів гірші, ніж у наземних. Від температури залежить інтенсивність обміну речовин. В основному організми живуть при температурі від 0 до +50 на поверхні піску в пустелі і до – 70 у деяких областях Східного Сибіру. Середній діапазон температур знаходиться в межах від +50 до –50 у наземних місцеперебуваннях і від +2 до +27 – у Світовому океані. Наприклад, мікроорганізми витримують охолодження до -200, окремі види бактерій і водоростей можуть жити і розмножуватися в гарячих джерелах за температури + 80, +88.

Розрізняють тваринні організми:

Читайте також:

Наприклад, мікроорганізми витримують охолодження до -200, окремі види бактерій і водоростей можуть жити і розмножуватися в гарячих джерелах за температури + 80, +88.

Розрізняють тваринні організми:

із постійною температурою тіла (теплокровні);
з непостійною температурою тіла (холоднокровні).

Організми з непостійною температурою тіла (риби, земноводні, плазуни)

У природі температура непостійна. Організми, які живуть у помірних широтах і зазнають коливання температур, гірше переносять постійну температуру. Різкі коливання – спека, морози – несприятливі для організмів. Тварини виробили пристосування для боротьби з охолодженням та перегрівом. Наприклад, з настанням зими рослини та тварини з непостійною температурою тіла впадають у стан зимового спокою. Інтенсивність обміну речовин вони різко знижується. При підготовці до зими в тканинах тварин запасається багато жиру, вуглеводів, кількість води в клітковині зменшується, накопичуються цукри, гліцерин, що перешкоджає замерзанню. Так морозостійкість організмів, що зимують, збільшується.

У спеку року навпаки, включаються фізіологічні механізми, що захищають від перегріву. У рослин посилюється випаровування вологи через продихи, що призводить до зниження температури листя. У тварин посилюється випаровування води через дихальну систему та шкіру.

Організми із постійною температурою тіла. (птахи, ссавці)

У цих організмів відбулися зміни у внутрішній будові органів, що сприяло їх пристосованості до постійної температури тіла. Це, наприклад – 4-х камерне серце та наявність однієї дуги аорти, що забезпечують повний поділ артеріального та венозного кровотоку, інтенсивний обмін речовин завдяки постачанню тканин артеріальною кров'ю, насиченою киснем, пір'яним або волосяним покривом тіла, що сприяє збереженню тепла, добре розвинена нервова . Все це дозволило представникам птахів та ссавцям зберігати активність при різких перепадах температур і освоїти всі місця проживання.

У природних умовах температура дуже рідко тримається лише на рівні сприятливості життя. Тому у рослин та тварин виникає спеціальні пристосування, які послаблюють різкі коливання температури. У тварин, наприклад слонів, велика вушна раковина, порівняно з його предком мамонтом, який живе в холодному кліматі. Вушна раковина крім органу слуху виконує функцію терморегулятора. У рослин для захисту від перегріву утворюється восковий наліт, щільна кутикула.

Читайте також:

Переохолодження (гіпотермія)- Стан, що характеризується зниженням температури тіла тварини нижче 37,0 С ° в результаті переважання процесу тепловіддачі організму над процесом теплопродукції.

Відбуватися це може внаслідок низки причин, таких як тривале перебування в умовах зі зниженою температурою, холодною водою, шокові стани (травматичний, больовий, анафілактичний, гіповолемічний види шоку); інфекційні захворювання, цукровий діабет, недосконалість механізмів терморегуляції (наприклад, у щенят), гормональні розлади.

Клінічні ознаки

При гіпотермії тварина не встає, відчуває загальне пригнічення, яке викликається надзвичайно сильними порушеннями обміну речовин та енергії у клітинах, а також розладами функцій життєво важливих органів. Тварини прагнуть лягти в тепле місце, скручуються в клубок. Шерсть скуштує, за рахунок чого збільшується повітряний прошарок між повітрям зовнішнього середовища та шкірою. З'являється м'язове тремтіння, в результаті якого утворюється додаткове тепло. Відбувається звуження кровоносних судин на поверхні тіла (периферичний спазм судин), що дає змогу знизити втрати тепла з поверхні шкіри. При цьому шкіра і видимі слизові оболонки стають блідими та прохолодними. Якщо переохолодження прогресує, у тварин пропадає тремтіння, пульс стає слабким або відсутній. Дихання поверхневе та рідкісне. Серцеві скорочення важко визначити, чи їх частота різко знижена. Розвиваються серйозні порушення серцевого ритму. Подальше зниження температури супроводжується важкими розладами функцій організму та її смертю.

Невідкладна допомога.

Підвищення температури тіла до норми є першорядним завданням у лікуванні тварини з симптомами гіпотермії, хоч би якими причинами було викликано зниження температури.

ТЕМПЕРАТУРА

Досягається це такими методами:

Пасивний метод. Укрити тварину ковдрою зменшення втрат тепла. Це допомагає за незначної гіпотермії.
Активне зовнішнє нагрівання. Для цього способу використовуються грілки, фен, повітряні ковдри, що зігрівають. Причому для більшої ефективності зігрівати потрібно не лапи, а тіло тварини.
Активне внутрішнє зігрівання. Застосовується у випадках, коли є неефективними інші методи. Він полягає в тому, що тварині вливаються теплі рідини (наприклад, 0,9% розчин хлориду натрію) внутрішньовенно, або проводиться діаліз черевної порожнини тим же розчином. Цей метод виконується лише кваліфікованими лікарями в умовах клініки.

Необхідно періодично вимірювати температуру тіла тварини. При тяжкій гіпотермії, крім зігрівання, постраждала тварина потребує інтенсивної терапії, спрямованої як на корекцію наявних розладів функцій органів прокуратури та систем, а й профілактику можливих ускладнень. Основні зусилля при цьому зосереджуються на підтримці адекватного дихання, ефективного кровообігу, оптимального обміну речовин, запобігання подальшому охолодженню та поступовому активному зігріванні організму.

Профілактика.

Не залишайте свою тварину в холодному приміщенні надовго.
Якщо ви господар короткошерстого собаки, пам'ятайте, що у сильні морози прогулянка з твариною має бути нетривалою.
Придбайте для свого собаки черевики та теплий комбінезон на зиму.

Пойкілотермні та гомойотермні організми.Представники більшості видів живих організмів не мають здатності активної терморегуляції свого тіла. Їхня активність залежить насамперед від тепла, що надходить ззовні, а температура тіла - від величини температури навколишнього середовища. Такі організми називають пойкілотермними (ектотермпими).Пойкіло-термія властива всім мікроорганізмам, рослинам, безхребетним та більшій частині хордових.

Тільки у птахів і ссавців тепло, що виробляється в процесі інтенсивного обміну речовин, є досить надійним джерелом підвищення температури тіла та підтримки їїна постійному рівні незалежно від температури довкілля. Цьому сприяє хороша теплова ізоляція, що створюється шерстим покривом, щільним оперенням, товстим шаром підшкірної жирової тканини. Такі організми називають гомойотермними (ендотермними або теплокровними).Властивість ендотермності дозволяє багатьом видам тварин (білим ведмедям, ластоногим, пінгвінам та ін.) вести активний спосіб життя за низьких температур.

Приватний випадок гомотермії - гетеротермія- властива тваринам, що впадають у несприятливий період року в сплячку або тимчасове заціпеніння (суслики, їжаки, кажани, соні та ін.). У активному стані вони підтримують високу температуру тіла, а разі низької активності організму - знижену, що супроводжується уповільненням процесів обміну речовин і, як наслідок, низькою тепловіддачею.

Температурна адаптація рослин. Дня більшості наземних рослин оптимальною є температура +25-30°С, а для таких вимогливих до тепла рослин, як кукурудза, квасоля, соя та інші види тропічного та субтропічного походження - +30-35°С. Слід мати на увазі, що для кожної фази та стадії розвитку рослин існує як оптимальний, так і верхній та нижній межі температурного режиму.

При дії на рослину високих температурвідбувається сильне зневоднення та висушення, опіки, руйнування хлорофілу, незворотні розлади дихання, нарешті, теплова денатурація білків, коагуляція цитоплазми та загибель.

Протистояти небезпечному впливу екстремально високих температур рослини здатні завдяки посиленій транспірації, накопиченню в цитоплазмі захисних речовин (слизу, органічних кислот та ін), зсувам температурного оптимуму активності найважливіших ферментів, переходу в стан глибокого спокою, а також зайняттю ними тимчасових місць проживання, перегріву. Це означає, що в деяких рослин вся вегетація зсувається на сезон із більш сприятливими тепловими умовами. Так, у пустелях і степах є чимало видів рослин, що починають вегетацію дуже рано навесні і встигають її закінчити до літньої спеки. Вони переживають ці умови в стані літнього спокою - вже дозріло насіння або з'явилися підземні органи -цибулини, бульби, кореневища (тюльпани, крокуси, тонконіг цибулинний та ін.)

Морфологічні адаптації, що запобігають перегріву, практично ті самі, що служать рослині для ослаблення потоку сонячної радіації. Це блискуча поверхня і густе опушення, що надають листям світле забарвлення і підвищують відбиття сонячного випромінювання, вертикальне положення листя, згортання листових пластинок (злаків), зменшення листової поверхні і т. д. Ці ж особливості будови рослин одночасно забезпечують можливість зменшення втрат води. Таким чином, комплексна дія екологічних факторів на організм знаходить відображення у комплексному характері адаптації.

Небезпека низьких температурдля рослин зводиться до того, що в міжклітинниках та клітинах замерзає вода і, як наслідок, відбувається зневоднення та механічне пошкодження клітин, а потім коагуляція білків та руйнування цитоплазми. Холод гальмує процеси росту рослин, фотосинтезу, утворення хлорофілу, знижує енергетичну ефективність дихання, різко уповільнює швидкість розвитку.

Для перенесення несприятливих умов холодного періоду року рослини готуються заздалегідь: у них опадає листя, а у трав'янистих форм - надземні органи, відбувається опушення ниркових луски, зимове засмолення нирок (у хвойних), утворення товстої кутикули, потовщеного пробкового шару і т.д.

Серед морфологічної адаптації рослин до життя в холодних широтах важливе значення мають невеликі розміри (карликовість) та особливі форми росту. Висота карликових рослин (карликова береза, карликові верби та ін) зазвичай відповідає глибині снігового покриву, під яким зимують рослини, оскільки всі частини, що виступають над снігом, гинуть від замерзання. Подібний захист від холоду характерна і для форм, що стелиться - стлаників (кедрового стланіка, ялівцю, горобини та ін) і подушковидних форм, що утворюються в результаті посиленого розгалуження і вкрай уповільненого росту пагонів.

Прикладом фізіологічної адаптації рослин, що перешкоджає замерзанню води в міжклітинниках і клітинах, їх зневоднення та механічному пошкодженню, є підвищення концентрації розчинних вуглеводів у клітинному соку, що сприяє зниженню точки замерзання.

Температурна адаптація тварин. У порівнянні з рослинами тварини мають більш різноманітні можливості адаптації до впливу різних температур. Зазвичай виділяють три основні шляхи температурних адаптації: 1) хімічна терморегуляція (посилене утворення тепла у відповідь зниження температури середовища); 2) фізична терморегуляція (зміна рівня тепловіддачі, здатність утримувати тепло або, навпаки, розсіювати його надлишок); 3) поведінкова терморегуляція (уникнення несприятливих температур шляхом переміщень у просторі чи зміна поведінки складнішим чином).

Пойкілотермні тварини, на відміну від гомойотермних, характеризуються нижчим рівнем обміну речовин навіть за однакової температури тіла. Наприклад, пустельна ігуана при температурі +37 ° С споживає кисню в 7 разів менше, ніж гризуни такої ж маси. З цієї причини в тілі ойкілотермних тварин виробляється мало тепла, і, як наслідок, можливості хімічної та фізичної терморегуляції мізерні. Основним способом регуляції температури тіла вони особливості поведінки - зміна пози, активний пошук сприятливих кліматичних умов, зміна місць проживання, самостійне створення необхідного мікроклімату (спорудження гнізд, копання нір тощо.

Вимірювання температури тіла у тварин

п.). Наприклад, у сильну спеку тварини ховаються в тінь, ховаються в норах, а деякі види пустельних ящірок і змій піднімаються на кущі, уникаючи зіткнення з розпеченою поверхнею ґрунту.

Деякі поїкілотермні тварини здатні підтримувати оптимальну температуру тіла за рахунок роботи м'язів. Так, джмелі розігрівають тіло шляхом активізації м'язових скорочень (тремтінням) до +32 і 33 ° С, що дає їм можливість злітати і годуватися в прохолодну погоду.

Гомойотермія розвинулася з пойкілотермії шляхом інтенсифікації обмінних процесів та вдосконалення способів регулювання теплообміну тварин з навколишнім середовищем. Ефективне регулювання надходження та віддачі тепла дозволяє дорослим гомойотермним тваринам підтримувати постійну оптимальну температуру тіла у всі пори року.

Завдяки високій інтенсивності обміну речовин та виробленню значної кількості тепла гомойотермні тварини відрізняються високою здатністю до хімічної терморегуляції, що особливо важливо при дії холоду. Однак підтримання температури за рахунок зростання теплопродукції потребує великої витрати енергії, тому тварини в холодну пору року потребують великої кількості їжі або витрачають багато жирових запасів, накопичених раніше. Наприклад, птахам, що залишаються зимувати, страшні не так морози, як безгодівля. У разі гарного врожаю насіння ялинки та сосни клісти взимку навіть виводять пташенят. Але при нестачі корму в зимовий період такий тип терморегуляції екологічно невигідний, тому слабо розвинений у песців, моржів, тюленів, білих ведмедів та інших тварин, що мешкають за полярним колом.

Фізична терморегуляція, що забезпечує адаптацію до холоду не за рахунок додаткового вироблення тепла, а за рахунок збереження його в тілі тварини, здійснюється шляхом рефлекторного звуження та розширення кровоносних судин шкіри, що змінюють її теплопровідність, зміни теплоізолюючих властивостей хутра та перового покриву, регуляції випарної тепловіддачі.

Густе хутро ссавців, пір'яний покрив птахів дозволяють зберігати навколо тіла прошарок повітря з температурою, близькою до температури тіла тварини, і тим самим зменшувати тепловіддачу у зовнішнє середовище. У мешканців холодного клімату добре розвинений шар підшкірної жирової клітковини, який рівномірно розподілений по всьому тілу і є добрим утеплювачем.

Ефективним механізмом регуляції теплообміну служить випаровування води шляхом потовиділення або через вологі оболонки порожнини рота (наприклад, у собак). Так, людина за сильної спеки може виділяти більше 10 л поту щодня, сприяючи цим охолодженню тіла.

Поведінкові способи регуляції теплообміну у гомойотермних тварин такі ж, як і у пойкілотермних.

Таким чином, поєднання ефективних способів хімічної, фізичної та поведінкової терморегуляції дозволяє теплокровним тваринам підтримувати свій тепловий баланс на тлі широких коливань температури середовища.

⇐ Попередня12345678

Грунт - проміжне середовище між водою (температурний режим, низький вміст кисню, насиченість водяними парами, наявність води та солей у ній) та повітрям (повітряні порожнини, різкі зміни вологості та температури у верхніх шарах). Для багатьох членистоногих грунт був середовищем, через яке вони змогли перейти від водного до наземного способу життя.

Основними показниками властивостей ґрунту, що відображають можливість її бути довкіллям для живих організмів, є вологість, температура і структура ґрунту. Усі три показники тісно пов'язані між собою. З підвищенням вологості підвищується теплопровідність та погіршується аерація ґрунтів. Що температура, то сильніше йде випаровування.

Фізіологічні процеси, що відбуваються в рослині, життєдіяльність мікроорганізмів та ґрунтової фауни, хімічні процеси перетворення речовин та енергії можливі лише у певних температурних межах.

Вплив температури грунту на рослини починається з перших стадій його зростання та розвитку. Причому окремі рослини висувають різні вимоги до температурного режиму ґрунту. Поряд із крайніми межами температур, що характеризують температурні мінімум та максимум для окремих видів рослин, існує свій певний оптимум. Вимоги до температурних умов певних рослин змінюються в міру їх зростання та розвитку.

Теплопровідність ґрунту - кількість тепла, що протікає через шар ґрунту площею 1 см2 і товщиною 1 см у перпендикулярному до нього напрямку при різниці на обох сторонах шару в 1 °С. Теплопровідність, як і теплоємність, залежить від гранулометричного та хімічного складів ґрунту, її вологості. Сухі, добре гумусовані ґрунти погано проводять тепло, сирі, важкі ґрунти відрізняються підвищеною теплопровідністю.

Вода (25-30%) у ґрунті представлена 4 типами: гравітаційною, гігроскопічною (пов'язаною), капілярною та пароподібною. Гравітаційна- рухлива вода, що займають широкі проміжки між частинками ґрунту, просочується вниз під власним вагою рівня грунтових вод. Легко засвоюється рослинами. Гігроскопічна, або пов'язана- адсорбується навколо колоїдних частинок (глина, кварц) ґрунту та утримується у вигляді тонкої плівки за рахунок водневих зв'язків. Звільняється від них за високої температури (102-105°С). Рослин вона недоступна, не випаровується. Капілярна- утримується навколо ґрунтових частинок силою поверхневого натягу. По вузьких порах та каналах - капілярах, піднімається від рівня ґрунтових вод або розходиться від порожнин з гравітаційною водою. Краще утримується глинистими ґрунтами, легко випаровується. Рослини легко поглинають її.