Aplinkos temperatūra. Temperatūra ir jos vaidmuo organizmų gyvenime

Reikalingas cheminiams procesams šiluminė energija. Dėl sudėtingos bio cheminės reakcijos Daug to reikia.

Todėl gyvenimas viduje aktyvi būsena galima tik esant pakankamai aukštai aplinkos temperatūrai. Bet kokie fiziologiniai procesai, jų intensyvumas, o kai kuriais atvejais ir kryptis priklauso nuo organizmo gaunamos šilumos kiekio.

Kokios temperatūros sąlygos gyvybei Žemėje? Daugumoje organizmų gyvybinė protoplazmos veikla yra įmanoma nuo minus 4 iki plius 40-45°. Palaipsniui kylant temperatūrai, galima padidinti ląstelių ir organizmo atsparumą karščiui, tačiau iki tam tikros ribos, po kurios prasideda fermentų ir kitų baltymų junginių naikinimas, sukeliantis mirtį. Tačiau gamtoje atsirado ir išskirtinai karščiui atsparių bei šilumą mėgstančių organizmų. Kaip žinoma, didėjant gyliui temperatūra Žemės pluta pakyla. Mikrobiologai mano, kad apatinė biosferos riba (tai yra žemės plutos ir atmosferos plotas, kuriame gyvena gyvybė) yra +100° izoterma. Iki 500 m gylyje nuo Žemės paviršiaus esančiuose kalkakmeniuose rasta specialių rūšių bakterijų. Šios bakterijos gyveno +35° temperatūroje.

Kai kurie gyvūnai ir dumbliai gali apsigyventi karštosiose versmėse, kuriose paprasti organizmai „iškepa“ per kelias minutes ar sekundes. Pavyzdžiui, yra dumblių, kurie auga karštuose ežeruose prie +90°. Kai kuriose karštosiose versmėse prie +81° aptikta apvaliųjų kirmėlių – nematodų; musių lervų - prie +69°, o sraigių prie +47, +50°.

Organizmuose, nepritaikytuose gyvenimui su pastoviu aukšta temperatūra, atsparumas kaitinimui, žinoma, daug mažesnis. Bet jis gali keistis ir priklauso, kaip paaiškėjo, nuo hormoninių procesų ir nuo vandens bei riebalų kiekio protoplazmoje. Gyvūnų ląstelės yra retos ilgas laikas toleruoja aukštesnę nei 40° temperatūrą. Tačiau ramybės laikotarpiu, kai vandens kiekis mažėja, atsparumas karščiui didėja. Pavyzdžiui, kolorado vabalai diapauzės metu (poilsio laikotarpis, vabzdžių vystymosi sustojimas) valandą toleruoja +58° temperatūrą.

Ramybės sąlygomis esančiuose mikroorganizmuose (cistose, sporose) vandens kiekis labai smarkiai sumažėja, protoplazma tampa klampi, ji nedenatūruojasi vandens virimo temperatūroje, o kartais + 130, + 150 ° (esant slėgiui).

Kiti organizmai, atvirkščiai, prisitaikė prie labai žemos temperatūros, prie gyvenimo šalčiausiuose mūsų planetos regionuose. Taigi šiaurinio pusrutulio šaltojo ašigalio regione - Verchojanske - yra iki 200 augalų rūšių. Antarkties žemynas beveik visiškai negyvas; čia per mažai šilumos, nėra dirvožemio, o kietos masės amžinas ledas padengti žemyną. Tačiau ledo veikiamose vietose („oazėse“) auga kelios dešimtys įvairių bestuburių gyvūnų rūšių ir žemesni augalai. Jie čia gyvena nepaisant to, kad minimali temperatūra Antarktidoje siekia -80° ir žemiau.

Verta pagalvoti, kodėl kada gyvenimas baigiasi žemos temperatūros. Kaitinant baltymai denatūruojami, o atvėsus paaiškėjo, kad pavojingiausias yra ledo susidarymas audiniuose ir ląstelėse. Maždaug prieš 30 metų buvo paplitusi nuomonė, kad daugelis gyvūnų, tarp jų ir stuburiniai – žuvys, varlės, žiemą sušąla, o pavasarį vėl atgyja. Vėliau paaiškėjo, kad taip nėra: labai organizuoto gyvūno ląstelių protoplazmoje esantys ledo kristalai neišvengiamai suardo jo struktūrą ir ląstelė miršta.

Bet jei ląstelė netenka vandens, padidėja jos atsparumas šalčiui. Dėl vandens trūkumo ląstelės ir audiniai neužšąla. Pavyzdžiui, kai kurie gana primityvūs gyvūnai – rotiferiai, tardigradai, nematodai – išdžiovinti gali toleruoti atšalimą iki artimos temperatūros. absoliutus nulis. Sporos ir augalų sėklos turi vienodą ištvermę.

Maždaug prieš 20 metų buvo aptiktas labai įdomus reiškinys, kuris nustebino biologus. Jei atskiros gyvos ląstelės ar mikroorganizmai greitai panardinami į skystą orą (apie -190°), jie akimirksniu sušąla, tačiau atšilę lieka gyvi. Paaiškėjo, kad labai greitai atvėsus vanduo nesikristalizuoja ir užšąla kaip stiklas. Būtent tai išlaiko ląsteles gyvas.

Vadinasi, ne pati žema temperatūra, o tik vandens kristalizacija yra pražūtinga gyvajai sistemai.

Mikroorganizmai sporų, cistų ir kai kurių aktyvios būsenos pavidalu gali toleruoti skystų dujų temperatūrą (nuo -180 iki -271°). Kaip parodė pastarųjų metų tyrimai, labai organizuotų gyvūnų ir augalų ląstelės tam tikromis sąlygomis taip pat gali persikelti itin žemos temperatūros. Pateiksime kelis pavyzdžius.

Ląstelės iš skirtingų gyvūnų audinių kurį laiką buvo patalpintos į glicerolio tirpalą, o po to perkeltos į skystas dujas, kurių temperatūra iki -196°. Ląstelės sušilo po šios procedūros „atgyja“. Žinduolių – jaučio, avino, triušio ir kitų spermatozoidai išliko anabiozės būsenoje maždaug -196° temperatūroje ir, sušilę, neprarado gebėjimo aktyviai judėti ir apvaisinti kiaušialąstę. Atliekant eksperimentus su bulių sperma, šias ląsteles pavyko „atgaivinti“ po 8 metų esant itin žemai temperatūrai.

Tačiau net ir be specialių apsauginių medžiagų, tokių kaip glicerinas, kai kurie didelėse platumose žiemojantys vabzdžiai gali toleruoti gilų atšalimą. Gamtoje atšąla iki -20, -30, gal net -50°. SSRS mokslų akademijos Citologijos instituto laboratorijoje žiemojantys kukurūzų vikšrai buvo palaipsniui atšaldomi iki -183 ir -196°. Įvairios jų kūno ląstelės išliko gyvos po atšildymo daugelį savaičių.

Kas nutinka tokioje žemoje temperatūroje, kodėl ląstelės nemiršta? Gamtoje labiausiai paplitusi apsauga nuo užšalimo yra kūno skysčių hipotermija. Yra žinoma, kad tam tikromis sąlygomis vanduo neužšąla esant 0°. ir nesušaldamas atvėsta iki daug žemesnės temperatūros. Tas pats vyksta ląstelėse. Šioje hipotermijos būsenoje, išsamiai ištirtos vabzdžių, gyvūnas yra nejudantis, apsvaigęs, bet išlieka gyvas. Žievėgraužio lervos, melsvabalės, mūsų stebėjimais gamtoje išliko minkštos ir nesušalusios –48–55° temperatūroje tris paras.

Tačiau kūno skysčių kristalizacija ne visada sukelia mirtį. Dar 1937 m. pavyko nustatyti, kad kai kurios vabzdžių rūšys gali atlaikyti sušalimą, kai kristalizuojasi kūno skysčiai. Pavyzdžiui, žolinių augalų stiebuose žiemojantys kukurūzų vikšrai dažnai nušąla prie -30°, todėl visiškai kietėja ir išsilaiko daug dienų po atšildymo, gyvena toliau; Specialiai surengtuose eksperimentuose šie vikšrai „atgijo“ po 24 valandų buvimo -78° temperatūroje sušalę, stiklo kietumo būsenoje.

Tačiau ši temperatūra dar nėra „rekordas“. Neseniai japonų mokslininkai Asahina ir Aoki atliko daugybę eksperimentų su laipsnišku vabzdžių ir kitų bestuburių atšaldymu – pirmiausia jie buvo patalpinti į -30° temperatūrą, o po to sušaldyti gyvūnai. buvo nedelsiant perkelti į -183 arba -196°. Po atšildymo kai kurie iš jų pasirodė gyvi. Šią temperatūrą sušalę toleravo gana sudėtingi gyvūnai, kurių organizme buvo normalus vandens kiekis.

1961-1962 metais SSRS mokslų akademijos Citologijos institute buvo atlikti eksperimentai giliai atšaldant daug kukurūzų vikšrų. Paaiškėjo, kad daugiau nei 70% vikšrų išgyveno 25 dienas atvėsus iki -78°, o apie 40% sugebėjo išsivystyti ir virsti lėliukais bei drugeliais po 24 valandų buvimo tokioje žemoje temperatūroje. Daugelis šių vikšrų, veikiami ilgo kietėjimo proceso, esant maždaug 0° temperatūrai, išliko gyvi 1-2 dienas išbuvę skystame azote (-196°).

Labai organizuoti gyvūnai miršta net šiek tiek sumažėjus kūno temperatūrai ir negali pakęsti net nedidelio ledo kiekio Vidaus organai. Tačiau aukštesni augalai toleruoja labai žemą temperatūrą

Labai įdomūs, pavyzdžiui, Tumanovo ir jo kolegų SSRS mokslų akademijos Augalų fiziologijos institute atlikti eksperimentai. Eksperimentui šakos įvairios medžių rūšys, karpinis beržas, juodasis serbentas, obelis ir kt. Nupjautos beržo šakos pirmiausia buvo grūdinamos prie -5°, o po to kiekvieną dieną žiemą temperatūra nukrisdavo iki -60°. Po to šakos dvi paras nuleisdavo į skystą azotą (-196°). ir tada sušilo. Serbentų šakos buvo grūdinamos ilgesnį laiką ir dvi valandas iš skysto azoto perkeliamos į skystąjį vandenilį (-253°), iš kur vėl į azotą, kuris palaipsniui per šešias dienas išgaravo. Vėliau, kai šakos buvo dedamos į vandenį, šakose esantys pumpurai pražydo. Be sukietėjimo šakos žuvo esant -45°. Vasarą nupjautos šakos niekaip neatlaikė atšalimo

Neišvengiamai kyla klausimas: kodėl gyvi audiniai gali toleruoti tokias žemas temperatūras, kurių Žemėje nėra? Žinoma, kad didelio atsparumo šalčiui išsivystymą skatina grūdinimas žemoje temperatūroje, laipsniškas medžiagų apykaitos greičio mažėjimas prasidėjus žiemos ramybės būsenai, žiemos miegui, šiuo metu sumažėja vandens kiekis, kuris vėsdamas gali virsti ledu, ir didėja medžiagų, kurios neleidžia užšalti, kiekis. Tačiau pagrindinė priežastis yra ta, kad ląstelės gali pereiti į sustabdytos animacijos būseną, kai metabolizmas laikinai sustoja. Ši būklė atsiranda esant ne per žemai temperatūrai ir stebima Žemėje. Kai kūnas yra sustabdytos animacijos būsenoje, tolesnis aušinimas jam nebėra reikšmingas.

Gyvų būtybių prisitaikymas vyko ir kitomis kryptimis – pavyzdžiui, stuburiniai gyvūnai įgijo gebėjimą palaikyti ir padidinti medžiagų apykaitos aktyvumą esant žemai temperatūrai. Taip atsirado šiltakraujiškumas, kurio metu kūno temperatūra palaikoma nepriklausomai nuo aplinkos temperatūros.

Kai kurios vabzdžių rūšys, pavyzdžiui, šiltakraujai gyvūnai, gali išlikti aktyvūs esant šalnoms iki -10° ir net žemesnėms. Tam, matyt, pakanka raumenų darbo metu susidarančios šilumos. Galbūt prie to prisideda ir įsisavinimas infraraudonieji spinduliai Saulė

Kosmoso biologijai labai įdomu ištirti, ar yra fiziologinių skirtumų tarp skirtingo klimato sąlygomis gyvenančių gyvūnų organų ir audinių. O jei tokių skirtumų yra, ar neįmanoma jų aptikti tarp to paties gyvūno ląstelių ir esančių kūno viduje bei paviršiuje, kuris patiria didelius temperatūros svyravimus?

Labai mažas tokių stebėjimų skaičius suteikia įdomių ateities tyrimų perspektyvų.

Yra žinoma, kad Arkties ir Antarkties paukščių neplunksnuotas kojų paviršius gali turėti labai žemą odos temperatūrą ir nenukentėti nuo didelių šalčių. Nustatyta, kad Arkties paukščių ir žinduolių periferiniai nervai impulsus veda žemesnėje temperatūroje nei atitinkamų gyvūnų, prisitaikiusių prie tropinio klimato ar gyvenančių laboratorinėmis sąlygomis, nervai. Kai audiniai renkami kultūrai dirbtinės sąlygos iš įvairūs graužikai, paaiškėja, kad jų ląstelės išlieka gyvybingos esant žemai temperatūrai, kuo ilgiau sunkesnėmis sąlygomis gyveno laukinis gyvūnas.

Arkties ir aukštų kalnų augaluose ir gyvūnuose aktyvaus gyvenimo gebėjimas dažnai atrodo link žemos temperatūros, palyginti su jų giminaičiais iš šiltesnių vietų. Taigi vidutinio klimato sąlygomis dauguma organizmų (išskyrus, žinoma, šiltakraujus) nustoja kvėpuoti nuo -5 iki -15°. Kai kurių arktinių vabzdžių kvėpavimas aptinkamas net esant -26 ir -38° temperatūrai. Iš augalų tik spygliuočiai kvėpuoja dar žemesnėje temperatūroje.

Aukštumose, ant amžinojo sniego, aptinkamas vienaląstis dumblis (Spherella nivalis), kuris sniegą dengia raudona arba žalia danga. Geriausiai auga esant +4°, dar gali augti ir prie -34°. Taigi organizmai gali prisitaikyti prie žemiausių žemėje galimų temperatūrų.

Laboratorinėmis sąlygomis „išsilavinimo“ ar „grūdinimo“ būdu galima dar labiau išplėsti gyvenimo temperatūros ribas. Vienaląsčius organizmus ypač lengva „perauklėti“. Profesoriaus Yu I. Polyansky (TSRS mokslų akademijos Citologijos institutas) eksperimentuose šlepetės blakstienos buvo dedamos į vandenį, kurio temperatūra buvo apie 0°. Iš pradžių jie buvo labai prislėgtos būsenos, kai kurie mirė, bet kiti pamažu „priprato“ ir pradėjo daugintis. Paaiškėjo, kad tokių „sukietėjusių“ batų palikuonys peršaltame vandenyje atlaikė iki -15° temperatūrą (prieš kietėjimą atlaikė tik kiek žemesnę nei 0° temperatūrą). Kietėjimo procesai buvo gerai ištirti augaluose ir kai kuriuose gyvūnuose. Tokiu atveju galima „pripratinti“ organizmus prie žemesnės temperatūros nei vyksta Žemėje. Natūralu manyti, kad daug sunkesnės nei mūsų planetoje temperatūros sąlygos negali būti kliūtis gyvybei.

Jei radote klaidą, pažymėkite teksto dalį ir spustelėkite Ctrl + Enter.

Mokslas

Temperatūra yra viena iš pagrindinių fizikos sąvokų, kurioje ji atlieka didžiulį vaidmenį susijęs su visų formų žemišku gyvenimu. Esant labai aukštai arba labai žemai temperatūrai, viskas gali elgtis labai keistai. Kviečiame sužinoti apie daugybę Įdomūs faktai susijusios su temperatūromis.

Kokia aukščiausia temperatūra?

Aukščiausia kada nors žmogaus sukurta temperatūra buvo 4 milijardai laipsnių Celsijaus. Sunku patikėti, kad medžiagos temperatūra gali pasiekti tokį neįtikėtiną lygį! Šią temperatūrą 250 kartų didesnis Saulės šerdies temperatūra.

Buvo pasiektas neįtikėtinas rekordas Brukhaveno gamtos laboratorija Niujorke prie jonų greitintuvo RHIC, kurio ilgis yra apie 4 kilometrai.

Mokslininkai privertė aukso jonus susidurti, bandydami daugintis sąlygos Didysis sprogimas, sukuriant kvarko-gliuono plazmą. Šioje būsenoje dalelės, sudarančios atomų branduolius – protonai ir neutronai – skyla, todėl susidaro sudedamųjų kvarkų „sriuba“.

Ekstremalios temperatūros Saulės sistemoje

Aplinkos temperatūra Saulės sistemoje skiriasi nuo to, prie kurios esame įpratę Žemėje. Mūsų žvaigždė, Saulė, yra neįtikėtinai karšta. Jo centre temperatūra yra apie 15 milijonų kelvinų, o Saulės paviršiaus temperatūra yra tik apie 5700 kelvinų.

Temperatūra mūsų planetos šerdyje yra maždaug tokia pati kaip Saulės paviršiaus temperatūra. Karščiausia planeta saulės sistema– Jupiteris, kurio šerdies temperatūra 5 kartus didesnis nei Saulės paviršiaus temperatūra.

Šalčiausia temperatūra mūsų sistemoje užfiksuota Mėnulyje: kai kuriuose krateriuose šešėlyje temperatūra tik 30 kelvinų virš absoliutaus nulio. Ši temperatūra yra žemesnė nei Plutono temperatūra!

Žmogaus aplinkos temperatūra

Kai kurios tautos gyvena labai ekstremaliomis sąlygomis ir neįprastų vietų, kurios nėra visiškai patogios gyvenimui. Pavyzdžiui, kai kurios šalčiausios gyvenvietės yra Oimjakono kaimas ir Verchnojansko miestas Jakutijoje, Rusija. Čia vidutinė žiemos temperatūra minus 45 laipsnių Celsijaus.

Šalčiausias yra daugiau Didelis miestas taip pat yra Sibire - Jakutskas su maždaug gyventojų 270 tūkstančių žmonių. Temperatūra ten žiemą taip pat apie minus 45 laipsnius, bet vasarą ji gali pakilti iki 30 laipsnių!

Aukščiausia vidutinė metinė temperatūra buvo pastebėta apleistame mieste Dallol, Etiopija. 1960-aisiais čia buvo įrašyta vidutinis temperatūra - 34 laipsniai šilumos virš nulio. Tarp didieji miestai miestas laikomas karščiausiu , Tailando sostinė, kur vidutinė temperatūra taip pat yra kovo-gegužės mėnesiais apie 34 laipsnius.

Ekstremaliausios temperatūros, kuriose dirba žmonės, matomos aukso kasyklose Mponeng Pietų Afrikoje. Temperatūra apie 3 kilometrus po žeme yra plius 65 laipsniai Celsijaus. Imamasi priemonių kasykloms vėsinti, pavyzdžiui, naudojamas ledas arba izoliuojamos sienų dangos, kad kalnakasiai galėtų dirbti neperkaisdami.

Kokia yra šalčiausia temperatūra?

Bando gauti žemiausia temperatūra, mokslininkai susidūrė su daugybe mokslui svarbių dalykų. Žmogus sugebėjo gauti šalčiausius dalykus Visatoje, kurie yra daug šaltesni už bet kokius gamtos ir kosmoso sukurtus daiktus.

Užšaldymas leidžia temperatūrai nukristi iki kelių miliKelvinų. Žemiausia temperatūra, kuri buvo pasiekta dirbtinėmis sąlygomis, yra 100 pikokelvinų arba 0,0000000001 K. Norint pasiekti šią temperatūrą, būtina naudoti magnetinį aušinimą. Taip pat tokią žemą temperatūrą galima pasiekti naudojant lazerius.

Esant tokioms temperatūroms, medžiaga elgiasi visiškai kitaip nei įprastomis sąlygomis.

Kokia temperatūra erdvėje?

Jei, pavyzdžiui, išnešite termometrą į kosmosą ir kurį laiką paliksite jį toli nuo spinduliuotės šaltinio, galite pastebėti, kad jis rodo temperatūrą. 2,73 kelvino arba taip minus 270 laipsnių Celsijaus. Tai žemiausia natūrali temperatūra Visatoje.

Temperatūra erdvėje išlieka ta pati virš absoliutaus nulio dėl radiacijos, likusios po Didžiojo sprogimo. Nors pagal mūsų standartus erdvė yra labai šalta, įdomu pastebėti, kad vienas iš svarbiausias problemas kad astronautai susiduria kosmose karštis.

Plikas metalas, iš kurio gaminami orbitoje esantys objektai, gali įkaisti iki 260 laipsnių Celsijaus dėl nemokamo saulės spinduliai. Norint sumažinti laivų temperatūrą, juos reikia apvynioti speciali medžiaga, kuris gali sumažinti temperatūrą tik 2 kartus.

Temperatūra kosmosas vis dėlto nuolat krenta. Teorijos apie tai egzistuoja jau seniai, tačiau tik naujausi matavimai patvirtino, kad Visata vėsta maždaug 1 laipsniu kas 3 milijardus metų.

Erdvės temperatūra priartės prie absoliutaus nulio, bet niekada jos nepasieks. Temperatūra Žemėje nepriklauso nuo šiandieninės erdvės temperatūros, ir mes žinome, kad mūsų planeta Pastaruoju metu palaipsniui sušyla.

Kas yra kaloringumas?

Šiltas – mechaninė savybė medžiaga. Kuo objektas karštesnis, tuo daugiau energijos turi jo dalelės judant. Medžiagų atomai karštoje kietoje būsenoje jie vibruoja greičiau nei tų pačių, bet atvėsusių medžiagų atomai.

Ar medžiaga lieka skysta, ar dujinė, priklauso nuo iki kokios temperatūros reikia pašildyti?. Šiandien apie tai žino bet kuris moksleivis, tačiau iki XIX amžiaus mokslininkai manė, kad pati šiluma yra medžiaga. nesvarus skystis, pavadintas kaloringas.

Mokslininkai manė, kad šis skystis išgaravo iš šilta medžiaga, taip jį vėsindami. Jis gali tekėti iš karštus objektus į šaltus. Daugelis prognozių, pagrįstų šia teorija, iš tikrųjų yra teisingos. Nepaisant klaidingų nuomonių apie šilumą, iš tikrųjų buvo sukurta daug teisingas išvadas ir mokslo atradimai . 19 amžiaus pabaigoje kalorijų teorija buvo galutinai nugalėta.

Ar yra aukščiausia temperatūra?

Absoliutus nulis- temperatūra, žemiau kurios neįmanoma nukristi. Kokia galima aukščiausia temperatūra? Mokslas dar negali tiksliai atsakyti į šį klausimą.

Aukščiausia temperatūra vadinama Planko temperatūra. Būtent tokia temperatūra egzistavo Visatoje Didžiojo sprogimo momentu, pagal idėjas šiuolaikinis mokslas. Ši temperatūra yra 10^32 Kelvinai.

Palyginimui: jei galite įsivaizduoti, ši temperatūra milijardus kartų aukštesnė už aukščiausią temperatūrą, dirbtinai gautas žmogaus, apie kurį buvo minėta anksčiau.

Pagal standartinis modelis, Plancko temperatūra vis dar išlieka aukščiausia įmanoma temperatūra. Jei bus kažkas dar karštesnio, tada nustos veikti mums įpratę fizikos dėsniai.

Yra pasiūlymų, kad temperatūra gali pakilti net aukščiau už šį lygį, tačiau mokslas negali paaiškinti, kas bus šiuo atveju. Mūsų realybės modelyje nieko karštesnio negali egzistuoti. Gal tikrovė taps kitokia?

Šiluminės sąlygos yra svarbiausia gyvų organizmų egzistavimo sąlyga, nes tam tikromis sąlygomis galimi visi jose vykstantys fiziologiniai procesai. Pagrindinis šilumos šaltinis yra saulės spinduliuotė.

Saulės spinduliuotė visais atvejais, kai ji patenka ant kūno ir yra absorbuojama, virsta išoriniu šilumos šaltiniu, esančiu už kūno ribų. Poveikio stiprumas ir pobūdis saulės radiacija priklauso nuo Geografinė padėtis ir yra svarbius veiksnius kurie lemia regiono klimatą. Klimatas lemia augalų ir gyvūnų rūšių buvimą ir gausą tam tikroje vietovėje. Visatoje egzistuojančių temperatūrų diapazonas lygus tūkstančiams laipsnių (4.3 lentelė).

4.3 lentelė

Atmosferos sudėtis ir temperatūra planetose

Palyginimui, ribos, kuriose gali egzistuoti gyvybė, yra labai siauros – apie 300°C, nuo -200°C iki +100°C. Tiesą sakant, dauguma rūšių ir aktyvumo apsiriboja siauresniu temperatūrų diapazonu (4.4 lentelė).

4.4 lentelė

Aktyvios gyvybės Žemėje temperatūros diapazonas, °C

Paprastai šios temperatūros, kurioms esant galima normali baltymų struktūra ir funkcionavimas: nuo 0 iki +50°C. Tačiau daugelis organizmų turi specializuotas fermentų sistemas ir yra prisitaikę aktyviai egzistuoti, kai kūno temperatūra viršija aukščiau minėtas ribas.

Temperatūros faktoriui būdingi ryškūs sezoniniai ir dienos svyravimai. Daugelyje Žemės regionų šis veiksnio poveikis turi svarbią signalinę reikšmę reguliuojant organizmų veiklos laiką, užtikrinant jų kasdienį ir sezoninį gyvenimo būdą.

Apibūdinant temperatūros koeficientą labai svarbu atsižvelgti į jo kraštutinius rodiklius, jų veikimo trukmę ir pakartojamumą. Temperatūros pokyčiai buveinėse, kurie viršija organizmų toleranciją, lemia jų masinę mirtį. Temperatūros svarba slypi tame, kad ji keičia ląstelėse vykstančių fizikinių ir cheminių procesų greitį, turintį įtakos visai organizmų gyvenimo veiklai. Temperatūra įtakoja anatomines ir morfologines organizmų savybes, eigą fiziologiniai procesai, jų augimą, vystymąsi, elgesį ir daugeliu atvejų lemia geografinį augalų ir gyvūnų pasiskirstymą.

Kaip aplinkos veiksnys, atsižvelgiant į temperatūrą, visi organizmai skirstomi į dvi grupes: mylinčius šaltį ir šilumą. Šaltį mėgstantys organizmai, arba kriofilai, gali gyventi palyginti žemoje temperatūroje ir negali pakęsti aukštų temperatūrų. Kriofilai gali išlikti aktyvūs esant ląstelių temperatūrai iki -8 ir -10 °C, kai jų kūno skysčiai yra peršalę. Tipiška atstovams skirtingos grupės, pavyzdžiui, bakterijos, grybai, moliuskai, nariuotakojai, kirminai ir kt. Kriofilai gyvena šaltose ir vidutinio klimato zonose. Augalų atsparumas šalčiui labai įvairus ir priklauso nuo sąlygų, kuriomis jie gyvena.

Taigi Jakutijos medžių ir krūmų rūšys neužšąla prie -70°C, toje pačioje temperatūroje gyvena kerpės, tam tikros rūšies dumbliai, uodegos, pingvinai. IN laboratoriniai eksperimentai augalų sėklos, sporos ir žiedadulkės, rotiferiai, nematodai, pirmuonių cistos po dehidratacijos toleruoja absoliučiam nuliui artimą temperatūrą, t.y. iki -271,16 °C, po to grįžtama į aktyvų gyvenimą. Sustabdo visus gyvenimo procesai kūnas vadinamas sustabdyta animacija. Nuo anabiozės gyvi organizmai grįžta į normalų gyvenimą, jei jų ląstelėse nebuvo sutrikdyta makromolekulių struktūra.

Termofilų arba termofilų gyvybė apsiriboja gana aukštos temperatūros sąlygomis (4.5 lentelė).

Tai daugiausia karštų, tropinių Žemės regionų gyventojai. Tarp daugybės bestuburių (vabzdžių, voragyvių, moliuskų, kirmėlių), šaltakraujų ir šiltakraujų stuburinių yra daug rūšių ir visa eilė, gyvenanti išskirtinai tropikuose. Augalai karštuose atogrąžų regionuose yra tikri termofilai. Jie netoleruoja žemos temperatūros ir dažnai miršta 0 °C temperatūroje, nors fiziškai jų audiniai neužšąla. Mirties priežastimis čia dažniausiai įvardijami medžiagų apykaitos sutrikimai, fiziologinių procesų slopinimas, dėl ko augaluose susidaro jiems nebūdingi produktai, tarp jų ir kenksmingi, sukeliantys apsinuodijimą.

4.5 lentelė

Rūšių pavyzdžiai su skirtingais

atsparumas temperatūrai

Daugelis organizmų gali toleruoti labai aukštą temperatūrą. Pavyzdžiui, kai kurios vabalų ir drugelių rūšys, ropliai gali atlaikyti iki 45-50 °C temperatūrą. Dėmėtoji cyprinodon žuvis gyvena Kalifornijos karštuosiuose šaltiniuose, esant 52 ° C temperatūrai, melsvadumbliai nuolat gyvena karštųjų versmių vandenyse Kamčiatkoje, esant 75–80 ° C temperatūrai, kupranugario spygliuočiai toleruoja iki 70 °C. Taigi, bendrus modelius Temperatūros poveikis gyviems organizmams pasireiškia jų gebėjimu egzistuoti tam tikrame temperatūros diapazone. Šį diapazoną riboja žemesnė mirtina (mirtina) ir viršutinė mirtina temperatūra.

Palankiausia gyvybei ir augimui temperatūra vadinama optimalia (4.6 lentelė).

4.6 lentelė

Optimali temperatūra augalams auginti

Daugumos gyvų organizmų temperatūros optimalumas yra 20–25 ° C, o tik karštų, sausų vietovių gyventojų gyvenimo temperatūros optimalumas yra šiek tiek didesnis nei 25–28 ° C. Pavyzdžiui, kai kurios ortopteros (žiogai) veikia vidurdienį Palestinos dykumoje, kai temperatūra yra 40 °C ir aukštesnė.

Organizmams Rusijos vidutinio klimato ir šaltose zonose optimali temperatūra yra nuo 10 iki 20 °C. Taigi, ąžuolo anemone fotosintezės procesas intensyviausiai vyksta 10°C temperatūroje.

Priklausomai nuo temperatūros intervalo pločio, kuriame Šis tipas gali egzistuoti, organizmai skirstomi į euriterminius ir stenoterminius. Euriterminiai organizmai atlaiko didelius temperatūros svyravimus, o stenoterminiai organizmai gyvena tik siaurose ribose.

Dauguma organizmų žemyninio klimato zonose yra euriterminiai. Daugelis jų turi ramybės stadijas, kurios toleruoja ypač platų temperatūrų diapazoną (poilsio kiaušinėliai, cistos, vabzdžių lėliukės suspenduotos animacijos būsenoje, suaugę gyvūnai, bakterijų sporos, augalų sėklos).

Bestuburiai, žuvys, varliagyviai ir ropliai nesugeba išlaikyti kūno temperatūros siaurose ribose. Jie vadinami poikiloterminiais (iš graikų poikilos – kitokie). Šie gyvūnai dažnai vadinami ektoterminiais, nes jie labiau priklauso nuo šilumos, ateinančios iš išorės, nei nuo šilumos, susidarančios medžiagų apykaitos procesuose. Būdingas mažas medžiagų apykaitos greitis ir šilumos išsaugojimo mechanizmo nebuvimas. Anksčiau šie gyvūnai dažniausiai buvo vadinami šaltakraujai, tačiau šis terminas netikslus ir gali būti klaidinantis.

Paukščiai ir žinduoliai sugeba išlaikyti gana pastovią kūno temperatūrą nepriklausomai nuo aplinkos temperatūros. Šie gyvūnai vadinami homeoterminiais (iš graikų homoios – panašūs) arba, pagal senąją, ne tokią teisingą terminologiją, šiltakraujai. Homeoterminiai gyvūnai palyginti mažai priklauso nuo išorinių šilumos šaltinių. Dėl didelio metabolizmo greičio jie gamina pakankamai šilumos, kurią galima sukaupti. Kadangi šie gyvūnai egzistuoja dėl vidinių šilumos šaltinių, dabar jie dažnai vadinami endoterminiais.

Augalai ir gyvūnai ilgą laiką evoliucinis vystymasis, prisitaikydami prie periodinių temperatūros sąlygų pokyčių, skirtingais gyvenimo laikotarpiais susikūrė skirtingus šilumos poreikius. Pavyzdžiui, augalų sėklos sudygsta žemesnėje temperatūroje nei vėlesnis jų augimas. Kviečių, avižų ir miežių sėklos dygsta 1-2°C, daigai – 4-5°C. Žydėjimo laikotarpiu augalams paprastai reikia daugiau šilumos nei sėklų ir vaisių nokimo laikotarpiu. Pomidorai geriau auga ir vystosi, kai dieną 25-26 °C, o naktį 17-18 °C. Gyvų organizmų temperatūros optimalumas priklauso ir nuo kitų aplinkos veiksnių. Nustatyta, kad esant pilnam apšvietimui ir pertekliui anglies dioksidas ore optimali temperatūra fotosintezė 30 °C, o esant silpnam apšvietimui ir anglies dioksido trūkumui sumažėja iki 10 °C (4.8 pav.).

Apibūdinant temperatūrą būtina atskirti oro temperatūrą ir dirvožemio temperatūrą, skirtumą tarp jų. Tai ypač svarbu augalams, nes jie gali pasisavinti maistines medžiagas iš dirvožemio, jei dirvožemio temperatūra yra keliais laipsniais žemesnė už oro temperatūrą. Pavyzdžiui, grikiai pasiekia geriausias vystymasis, kai temperatūra prie šaknų yra lygi. 10°C, o antžeminėms dalims 22°C. Esant 22°C dirvožemio ir oro temperatūrai, augalų būklė smarkiai pablogėja, jie nežydi. Toliau kylant dirvožemio temperatūrai iki 34°C, kai antžeminiuose organuose išlieka 22°C, augalams miršta pumpurų ir stiebų galiukai, o vėliau žūsta visas augalas.

Ryžiai. 4.8. Fotosintezės ir kvėpavimo ryšys

priklausomai nuo temperatūrų

Esant optimalioms temperatūroms, fiziologiniai procesai visuose organizmuose vyksta intensyviausiai, o tai padeda padidinti jų augimo tempus. Čia Van't Hoff taisyklė yra gana priimtina biologiniams procesams (T.A. Akimova, V.V. Khaskin, 1998).

Taigi, jei reakcijos greitis Vt matuojamas esant dviem temperatūroms T1 ir T2 bei T1< Т2, то температурный коэффициент Вант-Гоффа:

Reakcijos greičio priklausomybę nuo temperatūros galima išreikšti Arenijaus lygtimi:

kur AV yra įvykių dažnio koeficientas, dar vadinamas Arrhenius konstanta;

E* – tam tikros reakcijos aktyvavimo energija (J/mol), reikalinga potencialios reakcijos barjerui įveikti;

R - dujų konstanta;

T - absoliuti temperatūra, K.

Temperatūros diapazone 15–40 °C (288–313 K) Q,g reikšmės daugeliui biocheminių procesų yra tarp 1,5 ir 2,5, o E* vertės yra nuo 30 iki 65 kJ/mol.

Remiantis šia taisykle, cheminių reakcijų greitis padidėja 2-3 kartus kas 10°C temperatūrai kylant. Esant aukštesnei arba žemesnei už optimalią temperatūrą, biocheminių reakcijų greitis organizme sumažėja arba visiškai sutrinka. Ir dėl to - augimo tempų sulėtėjimas ir net organizmo mirtis.

Diapazone nuo viršutinio optimalaus iki viršutinio maksimumo ir nuo apatinės minimalios iki žemesnės optimalios temperatūros yra viršutinio ir apatinio pesimumo intervalai. Augalų vystymasis esant pesiminei temperatūrai vyksta lėtu tempu ir vėluoja ilgą laiką.

Gyvūnų aktyvumą riboja ir pesimai. Temperatūros padidėjimas vabzdžiams iš pradžių sukelia lėtus, nekoordinuotus judesius, fiziologinėje srityje (optimaliai) sukelia visiškai kontroliuojamą veiklą, o toliau didėjant - pernelyg greitus, nekoordinuotus, įtemptus judesius. Taigi cetse musė nejuda esant žemesnei nei 8°C temperatūrai, 10°C pradeda bėgti, virš 14°C pakyla papildomai dirgindama, o virš 21°C skraido mieguistai.

Skirtingoms vabzdžių rūšims ir vystymosi stadijoms optimali temperatūra taip pat skiriasi. Pavyzdžiui, optimali temperatūra rudeninių kirmėlių kiaušinėlių (Agrotis segetum) vystymuisi yra 25°C, vikšrams – 22°C, lėliukėms – 19°C.

Itin minimalus ir maksimalios temperatūros Apatinis ir viršutinis pesimumas atitinkamai vadinami apatiniu ir viršutiniu vystymosi slenksčiu arba apatiniu ir viršutiniu biologiniu nuliu, kurį viršijus organizmo vystymasis nevyksta.

Temperatūra, kuri yra aukščiau apatinio vystymosi slenksčio ir neperžengia viršutinės ribos, vadinama efektyvia temperatūra. Augalams ir ektoterminiams gyvūnams vystymuisi reikalingas šilumos kiekis nustatomas pagal efektyviųjų temperatūrų sumą arba šilumos sumą. Žinant apatinį vystymosi slenkstį, nesunku nustatyti efektyviąją temperatūrą – iš skirtumo tarp stebimos ir slenkstinės temperatūrų. Taigi, jei apatinis organizmo vystymosi slenkstis yra 10°C, o tikroji oro temperatūra šiuo metu yra 25°C, tai efektyvi temperatūra bus 15°C (25°-10°). Efektyvių temperatūrų suma nustatoma pagal formulę:

C = (t –t1) × n, (4.3)

čia C yra efektyviųjų temperatūrų suma;

t – temperatūra aplinką(tikras, stebimas);

t1 - vystymosi slenkstinė temperatūra;

n - vystymosi trukmė (trukmė) dienomis, valandomis.

Efektyvių temperatūrų suma kiekvienai augalų ir ektoterminių gyvūnų rūšiai, kaip taisyklė, yra pastovi vertė, nepaisant to, kad jei kitos aplinkos sąlygos yra optimalios, nėra jokių sudėtingų veiksnių. Kai šios sąlygos atmetamos arba lyginant asmenis iš skirtingos dalys diapazonas, rezultatai gali būti iškraipyti. Pavyzdžiui, Rusijos šiaurės vakarų regione šaltalankių žydėjimas prasideda, kai efektyviųjų temperatūrų suma lygi 77, rūgštynės – 453, braškės – 500, geltonosios akacijos – 700°C. Rūšių geografinę vietą ribojantis veiksnys dažnai yra efektyvių temperatūrų, kurias reikia pasiekti norint užbaigti gyvavimo ciklą, suma. Taigi šiaurinė medžių augmenijos riba paprastai sutampa su liepos mėnesio 10, 12°C izotermomis. Šiaurėje jau nebeužtenka šilumos medžių vystymuisi, o miško zoną pakeičia bemedžių tundra.

Endoterminių gyvūnų vystymasis mažiau priklauso nuo aplinkos temperatūros. Ir vis dėlto jiems taip pat būdingas tam tikras temperatūros optimalumas ir tam tikrų fiziologinių procesų pesimumas.

Galvijams pakėlus temperatūrą patalpose juos laikant iki 15 °C arba sumažinus iki 7 °C, mažėja vislumas.

Evoliucijos procese susiformavo gyvi organizmai įvairių formų prisitaikymas prie temperatūros, įskaitant morfologinius, biocheminius, fiziologinius, elgsenos ir kt. Augalai neturi savo kūno temperatūros ir turi tam tikrą specifiškumą terminio faktoriaus atžvilgiu. Vienas iš svarbiausių augalų prisitaikymo prie temperatūros yra jų augimo forma. Ten, kur mažai šilumos – Arktyje, aukštumose gausu pagalvėlių formos augalų, augalų su bazinėmis lapų rozetėmis, šliaužiančiomis formomis. Taigi pasenusiose žemaūgio beržo, eglės, kadagio ir kedro formose aukštai virš žemės iškilusios viršutinės šakos dažniausiai būna pusiau nudžiūvusios arba nudžiūvusios, o šliaužiančios – gyvos, nes žiemoja po sniegu ir neatsiskleidžia. neigiamam žemos temperatūros poveikiui. Visa tai leidžia augalams pagauti maksimalią saulės spindulių šilumą, taip pat panaudoti įkaitinto dirvos paviršiaus šilumą (4.9 pav.).

(iš D. P. Šennikovo, 1950 m.)

Temperatūros faktorius gali tiesiogiai ir netiesiogiai paveikti pritūpusių augalų formų vystymąsi, sukeldamas vandens tiekimo ir mineralinės mitybos sutrikimus.

Reikšmingiausią vaidmenį atlieka tiesioginė temperatūros įtaka augalų geofilizacijos procese (4.10 pav.).

Geofilizacija – tai bazinės (apatinės) augalo dalies panardinimas į dirvą – iš pradžių hipokotilas, paskui epikotilas, pirmasis tarpubamblis ir tt Tai būdinga daugiausia gaubtasėkliams. Geofilizacija jų metu istorinė raida vaidino svarbų vaidmenį transformuojant gyvybės formas iš medžių į žoles.

Ryžiai. 4.10. Hiposkilčių geofilizacija (įtraukimas į dirvą).

pievų dobilo kelelis (Trifolium pratense), pagal P. Lisitsyną:

a - dirvožemio paviršius; b - atitraukimo gylis

Didelis šaltis ir didelis karštis dažnai būna ribotas, o augalai išvengia jų poveikio, išmesdami jautrias dalis arba sumažindami savo vegetatyvinį kūną į požeminius daugiamečius organus. Susidarius palankioms sąlygoms, jie vėl formuoja antžeminius organus. Čia svarbu žinoti įvairių organų atsparumą temperatūrai, atsižvelgiant į jų funkcijas. Žemai temperatūrai (šalčiui) ypač jautrūs dauginimosi organai – žiedų primordijos žiemojančiose pumpuruose ir kiaušidės žieduose (4.11 pav.).

Ryžiai. 4.11. Atskirų organų atsparumas šalčiui

ir audiniai skirtingi augalai(pagal V. Larcherį, 1978 m.)

Plintant augalus būtina atsižvelgti į žiedų stabilumą pumpuruose, pačius žiedus, sėklas ir neapsaugotus jaunus augalus arba jautriausius vystymosi tarpsnius, kurie labiausiai riboja rūšies išlikimą ir išplitimą, vadinamuosius. Thienemanno taisyklė.

Įprastas augalų gebėjimas karštose vietose patekti į priverstinės ramybės būseną.

Gyvūnams aiškiai matomi morfologiniai prisitaikymai prie temperatūros. Pagal šiluminio faktoriaus įtaką gyvūnams tokie morfologinės savybės, kaip atspindintis kūno paviršius, paukščių ir žinduolių pūkai, plunksnos ir kailiai, riebalų sankaupos. Dauguma Arkties ir aukštų kalnų vabzdžių yra tamsios spalvos. Tai skatina didesnį saulės šilumos įsisavinimą. Tamsus pigmentas daugelio vandens gyvūnų kiaušiniuose atlieka tą pačią funkciją. Endoterminiai gyvūnai, gyvenantys šaltuose regionuose (poliariniai lokiai, banginiai ir kt.), paprastai yra dideli, o karštų šalių gyventojai (pavyzdžiui, daugelis vabzdžiaėdžių žinduolių) paprastai yra mažesni. Šis reiškinys vadinamas Bergmano taisykle. Pagal šią taisyklę, judant į šiaurę, endoterminių gyvūnų populiacijų vidutinis kūno dydis didėja (4.7 lentelė).

4.7 lentelė

Gyvūnų kūno dydžio pokyčiai pagal platumą (pagal Bergmaną)

Didėjant dydžiui, santykinis kūno paviršiaus plotas mažėja, todėl mažėja šilumos perdavimas.

Atsikišusių kūno dalių dydžiai taip pat skiriasi priklausomai nuo aplinkos temperatūros. Šaltesnio klimato kraštuose gyvenančių rūšių įvairios išsikišusios kūno dalys (uodega, ausys, galūnės ir kt.) yra mažesnės nei giminingų rūšių iš šiltesnių vietų. Šis reiškinys žinomas kaip Alleno taisyklė. Alleno taisyklė aiškiai parodyta lyginant trijų rūšių lapių, gyvenančių skirtingose geografinėse vietovėse, ausų ilgius (1 pav.). 4.12).

Arkties vaizdas

Kūno temperatūra 37°C

Vidutinė aplinkos temperatūra 0°C

Europietiška išvaizda

Kūno temperatūra 37°C

Vidutinė aplinkos temperatūra 12°C

Afrikos rūšys

Kūno temperatūra 37°C

Vidutinė aplinkos temperatūra 25°C

Ryžiai. 4.12. Ausų ilgio skirtumai tarp trijų lapių rūšių

gyvenantys skirtingose geografinėse vietovėse

(po N. Green ir kt., 1993)

Trečioji taisyklė (vadinama Glogerio taisykle) teigia, kad gyvūnų spalva šaltame ir sausame klimate yra palyginti šviesesnė nei šilto ir drėgno klimato. Šios taisyklės (dažnai vadinamos dėsniais), reglamentuojančios žinduolių prisitaikymą, vienodai taikomos ir žmonėms.

Biocheminis gyvų organizmų prisitaikymas prie temperatūros pirmiausia pasireiškia ląstelėse ir audiniuose esančių medžiagų fizikinės ir cheminės būklės pokyčiais. Taigi, prisitaikant prie žemų temperatūrų augalų ląstelėse, padidėjus plastikinių medžiagų pasiūlai, didėja tirpalų koncentracija, didėja ląstelių sulčių osmosinis slėgis, mažėja laisvo vandens, nesusijungusio su koloidais, kiekis. Ir tai labai svarbu, nes „surištas“ vanduo sunkiai išgaruoja ir užšąla, veikiant slėgiui yra silpnai išspaudžiamas, turi didelį tankį ir iš esmės praranda savo tirpiklio savybes. Jis tampa kristalinės struktūros ir tuo pačiu išlaiko skystą būseną. Tarp citoplazmos dalelių ir vandens susidaro struktūros vienovė, taip užtikrinant jo įtraukimą į baltymų ir nukleorūgščių makromolekulių struktūrą. Šioje būsenoje sunku jį užšaldyti ir paversti kietu. Svarbus prisitaikymas prie žemų temperatūrų yra atsarginių maistinių medžiagų nusėdimas didelės energijos junginių pavidalu – riebalai, aliejus, glikogenas ir kt. Taigi, I.M. Vasiljevas (1970) aprašė rezervinių medžiagų nusėdimo augale aliejaus pavidalu reikšmę. Jis teigia, kad nafta pirmiausia išstumia vandenį iš vakuolės ir taip apsaugo augalo organizmas nuo užšalimo. Aliejus, nusėdęs citoplazmoje, daro jį atsparesnį šalčiui ir kitiems neigiamiems poveikiams. žiemos laikotarpis. Tą patį vaidmenį atlieka krakmolas ir baltymai, nusėdę protoplazmoje ir vakuolėse. Didelę reikšmę turi tie biocheminiai rezervo pokyčiai maistinių medžiagų, kurios atsiranda pasirengimo žiemos būsenai laikotarpiu. Taigi, Esminė dalis sukaupta vasaros laikotarpis krakmolas vėl virsta cukrumi. Tuo pačiu metu atsiranda cukrų, kurių vasarą paprastai būna mažai ląstelių. Pavyzdžiui, žiemą spygliuočių žievės audinio ląstelėse, be sacharozės, gliukozės ir fruktozės, atsiranda stachiozė ir rafinozė. Vasarą jų yra kitose augalo dalyse.

Audinių prisitaikymo prie žemos temperatūros mechanizmai apima savotišką rezervinių energetinių medžiagų pasiskirstymą organizmų organizme. Prisitaikydami prie šalčio, tyrimų duomenimis, organizmai „perkelia“ medžiagas savo organuose. Kai kurių rūšių augaluose aliejai ir cukrūs dažnai nusėda antžeminių organų audiniuose žiemą, o krakmolas – požeminiuose organuose. Tuo pačiu metu vietovėse, kuriose yra labai žema temperatūra, augalai patiria didelį aliejaus kaupimąsi vidinius sluoksnius mediena, kuri padidina jų atsparumą dideliems šalčiams. Gyvūnams, pirmiausia poliarinių regionų gyventojams, mažėjant temperatūrai didėja glikogeno kiekis kepenyse, o inkstų audiniuose didėja askorbo rūgšties kiekis. Žinduolių organizme didelis maistinių medžiagų kaupimasis pastebimas rudajame riebaliniame audinyje, esančiame šalia gyvybiškai svarbių organų – širdies ir nugaros smegenų – ir yra prisitaikančio pobūdžio. Šio audinio ląstelių mitochondrijose ląstelinio kvėpavimo metu ATP nesintetinamas, o visa energija išsisklaido šilumos pavidalu.

Daugelis gyvūnų žiemą kaupia riebalus. Poodinis riebalų sluoksnis suteikia jiems šilumos izoliaciją. Nemažai gyvūnų išsikišusiose ar paviršinėse kūno vietose (kai kurių paukščių letenėlėse, banginių plekšnėse) turi nuostabų prietaisą, vadinamą „nuostabiuoju tinklu“. Tai kraujagyslių rezginys, kuriame venos yra glaudžiai prispaustos prie arterijų. Arterijomis tekantis kraujas atiduoda šilumą į venas, kuri grįžta į kūną, o arterinis kraujas atvėsęs patenka į galūnes. Galūnės iš esmės yra poikiloterminės, tačiau likusio kūno temperatūrą galima palaikyti naudojant mažiau energijos. Remiantis fiziologiniais procesais, daugelis organizmų tam tikrose ribose gali keisti savo kūno temperatūrą. Šis gebėjimas vadinamas termoreguliacija. Paprastai termoreguliacija yra skirta palaikyti pastovesnę kūno temperatūrą, palyginti su aplinkos temperatūra. Endoterminių gyvūnų termoreguliacijos mechanizmai yra ypač tobuli. Kaip minėta anksčiau, endoterminiai gyvūnai gali gaminti pakankamas kiekisšilumą ir reguliuoti šilumos perdavimą, todėl išlaikoma šilumos pritekėjimo ir ištekėjimo lygybė (4.13 pav.).

Žinduolių ir paukščių termoreguliacinė sistema apima receptorius, efektorius ir itin jautrų reguliavimo centrą pagumburyje. Šis centras stebi kraujo temperatūrą, kuri atspindi organų, kuriais jis teka, temperatūrą.

4.13 pav. Šilumos mainų tarp žirgo kūno (temperatūra 38°C) ir aplinkos diagrama karštą saulėtą dieną, esant 30°C oro temperatūrai. Nutrūkusios linijos rodo šilumos perdavimą spinduliuote

Gyvūnai padeda palaikyti pastovią kūno temperatūrą, išgaruodami iš kūno paviršiaus esant aukštai aplinkos temperatūrai skysčiui. Žmonėms tai daroma prakaituojant šunims ir daugeliui paukščių, tai daroma greitu kvėpavimu. Kai kurie marsupialiai karštu oru padengia savo odą dideliu kiekiu seilių.

Šilumos mainų tarp poikiloterminio organizmo ir aplinkos keliai parodyti fig. 4.14.

Ryžiai. 4.14. Scheminis šilumos mainų kelių tarp

poikiloterminis organizmas ir aplinka

(pagal E. A. Kriksunov ir kt., 1995)

Kai kurie poikiloterminiai gyvūnai tam tikromis sąlygomis taip pat gali reguliuoti termoreguliaciją. Kamanės, vanago kandys, stambūs driežai ir tam tikros žuvys, pavyzdžiui, tunai, gali padidinti kūno temperatūrą didelio raumenų aktyvumo laikotarpiais.

Gyvūnai įvairiai prisitaiko prie temperatūros. Jie pasireiškia gyvūnų judėjimu į palankesnės temperatūros vietas (skraidymai, migracijos), veiklos laiko pasikeitimu, perkėlimu į lengvesnes paros valandas ir pan. Dykumoje, kur dieną dirvos paviršius. gali įkaisti iki 60-70°C, Ant įkaitusio smėlio gyvūnų beveik nepamatysi. Vabzdžiai, ropliai ir žinduoliai karštą laiką leidžia įkasti į smėlį arba slėpdamiesi skylėse. Dirvos gilumoje temperatūra ne taip smarkiai svyruoja ir yra gana žema. Šaltą rytą žiogai apverčia šonus saulės šviesa, o dienos drugeliai išskleidžia sparnus. Vidurdienio karštyje, sulenkę sparnus, jie yra lygiagrečiai spinduliams.

Kai oro temperatūra nukrenta, daugelis gyvūnų pradeda valgyti daugiau kaloringo maisto. Šiltuoju metų laiku voverės suėda daugiau nei šimtą maisto rūšių, o žiemą daugiausia minta spygliuočių sėklomis, kuriose gausu riebalų. Vasarą elniai daugiausia minta žolėmis, o žiemą – kerpėmis, kuriose yra dideli kiekiai baltymų, riebalų ir cukraus medžiagų.

Svarbią vietą įveikiant neigiamą žemos temperatūros poveikį, ypač žiemą, užima gyvūnų gyvenimo vietos pasirinkimas, prieglaudų ir lizdų izoliavimas pūkais, sausais lapais, urvų gilinimas, įėjimų uždarymas, specialios pozos ėmimas pavyzdžiui, susirangyti žiede, apvynioti uodegą), susibūrimas į grupes, vadinamasis „spūstis“ ir kt. Kai kurie gyvūnai sušildo bėgiodami ir šokinėdami.

Esant visa gyvų organizmų prisitaikymo prie nepalankių aplinkos temperatūros sąlygų poveikio įvairovei, išskiriami trys pagrindiniai būdai: aktyvus, pasyvus ir nepalankių temperatūros poveikių vengimas.

Aktyvus kelias yra atsparumo stiprinimas, reguliacinių gebėjimų ugdymas, leidžiantis atlikti gyvybines organizmo funkcijas, nepaisant temperatūros nukrypimų nuo optimalaus. Šis kelias aiškiai išreikštas endoterminiuose gyvūnuose, išvystytas ektoterminiuose gyvūnuose, o kai kuriuose – elementariai. aukštesni augalai. Pasyvus būdas – tai gyvybinių organizmo funkcijų pajungimas išorinių temperatūrų eigai. Šilumos trūkumas sukelia gyvybinės veiklos slopinimą, o tai prisideda prie taupaus energijos atsargų naudojimo. Ir dėl to - padidina kūno ląstelių ir audinių stabilumą. Toks prisitaikymo prie nepalankių temperatūrų poveikio būdas būdingas visiems augalams ir ektoterminiams gyvūnams. Pasyvaus prisitaikymo arba prisitaikymo elementai taip pat būdingi endoterminiams gyvūnams, kurie gyvena itin žemos temperatūros sąlygomis. Tai išreiškiama medžiagų apykaitos lygio sumažėjimu, augimo ir vystymosi greičio sulėtėjimu, o tai leidžia ekonomiškiau naudoti išteklius, palyginti su sparčiai besivystančiomis rūšimis. Žinduoliams ir paukščiams pasyvios adaptacijos pranašumai nėra palankūs laikotarpiai metų naudojamos heteroterminės rūšys, kurios turi galimybę žiemoti arba siautėti.

Nepalankaus temperatūros poveikio vengimas yra įprastas visų organizmų metodas. Gyvavimo ciklų raida, kai pažeidžiamiausi vystymosi etapai vyksta palankiausiais metų laikotarpiais temperatūros sąlygoms. Augalams tai daugiausia augimo procesų pokyčiai, gyvūnams – įvairios elgesio formos.

Atsižvelgiant į tai, kad augalai ir gyvūnai istoriškai yra prisitaikę prie tam tikrų šiluminių režimų, visiškai natūralu, kad temperatūros veiksnys yra tiesiogiai susijęs su jų paplitimu Žemėje ir vienu ar kitu laipsniu nulemia natūralių zonų populiaciją pagal gyvus organizmus. Vienas iš pagrindinių šiuolaikinių organizmų pasiskirstymo modelių yra jų biopoliškumas. Tai slypi tame, kad organizmai yra didelėse platumose vidutinio klimato zonos Tam tikras panašumas yra sisteminėje sudėtyje ir daugybėje biologinių reiškinių. Tai būdinga tiek sausumos, tiek jūros faunai ir florai. Biopoliškumas taip pat stebimas platumoje kokybiška kompozicija gyvieji organizmai. Pavyzdžiui, atogrąžų zonai būdinga aukštesnė rūšių įvairovė palyginti su didelėmis platumomis.

Temperatūra yra svarbus ir dažnai ribojantis aplinkos veiksnys. Sklaidymas įvairių tipų o populiacijos dydis labai priklauso nuo temperatūros. Kokia to priežastis ir kokios šios priklausomybės priežastys?

Visatoje užfiksuotas temperatūrų diapazonas yra lygus tūkstančiui laipsnių, tačiau gyvų būtybių apsigyvenimo Žemėje ribos yra daug siauresnės: dažniausiai nuo -200 ° C iki + 100 ° C. Daugumos organizmų temperatūros diapazonas yra daug siauresnis, o didžiausias diapazonas yra prasčiausiai organizuotuose padaruose, mikroorganizmuose, ypač bakterijose. Bakterijos turi galimybę gyventi tokiomis sąlygomis, kai miršta kiti organizmai. Taigi jie aptinkami karštuosiuose šaltiniuose, kurių temperatūra siekia apie 90°C ir net 250°C, o atspariausi vabzdžiai žūva, jei aplinkos temperatūra viršija 50°C. Bakterijų egzistavimą įvairiuose temperatūrų diapazonuose užtikrina jų gebėjimas transformuotis į tokias formas kaip sporos, kurios turi tvirtas ląstelių sieneles, galinčias atlaikyti nepalankias aplinkos sąlygas.

Sausumos gyvūnų tolerancijos diapazonas paprastai yra didesnis nei vandens gyvūnų (neskaičiuojant mikroorganizmų). Temperatūros kintamumas, laikinas ir erdvinis, yra galingas aplinkos veiksnys. Gyvi organizmai prisitaiko prie skirtingų temperatūros sąlygų; Kai kurie gali gyventi pastovioje arba santykinai pastovioje temperatūroje, o kiti yra geriau prisitaikę prie temperatūros svyravimų.

Temperatūros faktoriaus poveikis organizmams priklauso nuo jo poveikio medžiagų apykaitos greičiui. Jei vadovausimės Van't Hoffo cheminių reakcijų taisyklėmis, turėtume daryti išvadą, kad temperatūros padidėjimas proporcingai padidins biocheminių medžiagų apykaitos procesų greitį. Tačiau gyvuose organizmuose reakcijų greitis priklauso nuo fermentų aktyvumo, kurie turi savo temperatūros optimalumą. Fermentinių reakcijų greitis netiesiškai priklauso nuo temperatūros. Atsižvelgiant į gyvų būtybių fermentinių reakcijų įvairovę, darytina išvada, kad situacija gyvose sistemose gerokai skiriasi nuo gana paprastų cheminių reakcijų (vykstančių negyvose sistemose).

Analizuojant organizmų ir aplinkos temperatūros ryšius, visi organizmai skirstomi į du tipus: homeoterminis ir poikiloterminis. Šis skirstymas taikomas gyvūnų pasauliui; kartais gyvūnai skirstomi į šiltakraujai ir šaltakraujai.

Homeoterminiai organizmai turi pastovią temperatūrą ir palaiko ją nepaisant aplinkos temperatūros pokyčių. Priešingai, poikiloterminiai organizmai neeikvoja energijos pastoviai kūno temperatūrai palaikyti ir ji kinta priklausomai nuo aplinkos temperatūros.

Šis padalijimas yra šiek tiek savavališkas, nes daugelis organizmų nėra visiškai poikiloterminiai ar homeoterminiai. Daugelis roplių, žuvų ir vabzdžių (bitės, drugeliai, laumžirgiai) tam tikrą laiką gali reguliuoti savo kūno temperatūrą, o žinduoliai, esant neįprastai žemai temperatūrai, susilpnina arba sustabdo endoterminį kūno temperatūros reguliavimą. Taigi net ir tokiuose „klasikiniuose“ homeoterminiuose gyvūnuose kaip žinduoliai, per žiemos miegas kūno temperatūra mažėja.

Nepaisant gerai žinomo susitarimo suskirstyti visus Žemėje gyvenančius organizmus į šiuos du didelės grupės, tai rodo, kad yra dvi strateginės galimybės prisitaikyti prie aplinkos temperatūros sąlygų. Jie išsivystė evoliucijos metu ir labai skiriasi keliomis esminėmis savybėmis: kūno temperatūros lygiu ir stabilumu, šiluminės energijos šaltiniais, termoreguliacijos mechanizmais.

Poikiloterminiai gyvūnai yra ektoterminiai, jie turi santykinai žemas lygis medžiagų apykaitą. Kūno temperatūra, fiziologinių ir biocheminių procesų greitis bei bendras aktyvumas tiesiogiai priklauso nuo aplinkos temperatūros. Adaptacijos (kompensacijos) poikiloterminiuose organizmuose vyksta medžiagų apykaitos procesų lygmenyje: optimalus fermentų aktyvumas atitinka temperatūros režimą.

Poikilotermijos strategija yra ta, kad organizmai neeikvoja energijos aktyviai termoreguliacijai ir užtikrina stabilumą vidutinės temperatūros diapazone, kuris išlieka gana ilgą laiką. Kai temperatūros parametrai peržengia tam tikras ribas, organizmai nustoja veikti. Šių gyvūnų prisitaikymas prie besikeičiančios temperatūros yra ypatingas.

Homeoterminiai organizmai turi prisitaikymo prie kintančių aplinkos temperatūros sąlygų kompleksą. Šiluminės adaptacijos yra susijusios su pastovaus kūno temperatūros palaikymu ir. apsiriboja energijos gavimu aukštas lygis medžiagų apykaitą. Pastarųjų intensyvumas juose yra 1 - 2 eilėmis didesnis nei poikilotermose. Jų fiziologiniai ir biocheminiai procesai vyksta optimaliai temperatūros sąlygos. Šiluminis balansas pagrįstas jų pačių pagamintos šilumos panaudojimu, todėl jie priskiriami endoterminiams organizmams. Nervų sistema atlieka reguliuojantį vaidmenį palaikant pastovią kūno temperatūrą.

Homeotermijos strategija yra susijusi su didelėmis energijos sąnaudomis, siekiant palaikyti pastovią kūno temperatūrą. Homeotermija būdinga aukštesniems organizmams. Tai apima dvi aukštesniųjų stuburinių klases: paukščius ir žinduolius. Šių grupių evoliucija buvo siekiama sumažinti priklausomybę nuo išoriniai veiksniai didinant centrinių reguliavimo mechanizmų vaidmenį nervų sistema. Dauguma gyvų organizmų rūšių yra poikiloterminiai. Jie plačiai paplitę Žemėje ir užima įvairias ekologines nišas.

Reakcija konkretus tipas temperatūra nėra pastovi ir gali skirtis priklausomai nuo aplinkos temperatūros poveikio laiko ir daugelio kitų sąlygų. Kitaip tariant, organizmas gali prisitaikyti prie pokyčių temperatūros režimas. Jei toks prietaisas registruojamas laboratorinėmis sąlygomis, procesas dažniausiai vadinamas aklimatizacija, jei natūraliai - aklimatizacija. Tačiau skirtumas tarp šių terminų slypi ne reakcijos registravimo vietoje, o jos esmėje: pirmuoju atveju kalbame apie vadinamąją fenotipinę, o antruoju – genotipinę adaptaciją, t.y. adaptaciją genetinėje vietoje. lygiu. Jei organizmas negali prisitaikyti prie temperatūros pokyčių, jis miršta. Kūno mirties priežastis aukštoje temperatūroje yra homeostazės ir medžiagų apykaitos greičio pažeidimas, baltymų denatūracija ir fermentų inaktyvacija bei dehidratacija. Negrįžtamas baltymų struktūros pažeidimas atsiranda esant maždaug 60°C temperatūrai. Būtent tai yra daugelio pirmuonių ir kai kurių žemesnių daugialąsčių organizmų „terminės mirties“ slenkstis. Prisitaikymas prie temperatūros pokyčių išreiškiamas formuojant tokias egzistavimo formas kaip cistos, sporos ir sėklos. Gyvūnams „karščio mirtis“ įvyksta anksčiau nei įvyksta baltymų denatūracija, dėl nervų sistemos ir kitų reguliavimo mechanizmų veiklos sutrikimų.

Esant žemai temperatūrai, medžiagų apykaita sulėtėja ar net sustoja, ląstelių viduje susidaro ledo kristalai, dėl kurių jie sunaikinami, didėja tarpląstelinė druskų koncentracija, sutrinka osmosinė pusiausvyra ir denatūruojasi baltymai. Dėl ultrastruktūrinių pertvarkymų, kuriais siekiama išsausinti ląsteles, šalčiui atsparūs augalai atlaiko visišką žiemos užšalimą. Sėklos gali atlaikyti temperatūrą, artimą absoliučiam nuliui.

Aplinkos temperatūra. Temperatūra ir jos vaidmuo organizmų gyvenime

Kokia aukščiausia temperatūra?

Ekstremalios temperatūros Saulės sistemoje

Žmogaus aplinkos temperatūra

Kokia yra šalčiausia temperatūra?

Kokia temperatūra erdvėje?

Kas yra kaloringumas?

Ar yra aukščiausia temperatūra?

Naujausias

Jūs turite tai žinoti