Терморегуляция растений и животных реферат
Обновлено: 07.07.2024
Температурные пределы жизни. Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы жизнедеятельности возможны лишь на определенном тепловом фоне, определяемом количеством тепла и продолжительностью его действия. От тем пературы окружающей среды зависит температура организмов и, как следствие, скорость и характер протекания всех химических реакций, составляющих обмен веществ.
Границами существования жизни являются температурные условия, при которых, не происходит денатурации, белков, необратимого изменения коллоидных свойств цитоплазмы, нарушения активности ферментов, дыхания. Для большинства организмов этот диапазон температур составляет от 0 до +50°С. Однако ряд организмов обладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температурах, выходящих за указанные пределы.
Виды, оптимальные условия жизнедеятельности которых приурочены к области высоких значений температур, относят к экологической группе термофилов. Термофильность характерна для многих бактерий, вызывающих самонагревание влажного зерна, сена, цианобактерии осцилатории, населяющей термальные источники Камчатки с температурой воды 85—93°С. Успешно переносят высокие температуры (65—80°С) несколько видов зеленых водорослей, накипные лишайники, семена пустынных растений, находящиеся в верхнем раскаленном слое почвы. Температурный предел представителей животного мира обычно не превышает +55—58°С (раковинные амебы, нематоды, клещи, некоторые ракообразные, личинки многих двукрылых).
У многих видов растений и животных клетки сохраняют активность при температуре от 0 до -8°С. Такие организмы относятся к экологической группе криофилов (грен. Kryos —холод, лед). Кри-офилия характерна для многих бактерий, грибов, лишайников, членистоногих и других существ, обитающих в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных полярных водах и т. п.
Пойкилотермные и гомойотермные организмы. Представители большинства видов живых организмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит прежде всего от тепла, поступающего извне, а температура тела — от величины температуры окружающей среды. Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермпыми). Пойкило-термия свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и большей части хордовых.
Только у птиц и млекопитающих тепло, вырабатываемое в процессе интенсивного обмена веществ, служит достаточно надежным источником повышения температуры тела и поддержания ее на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Этому способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерстным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани. Такие организмы называют гомойотермными (эндотермными, или теплокровными). Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах.
Частный случай гомоЙотермии — гетеротермия — свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение (суслики, ежи, летучие мыши, сони и др.). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в случае низкой активности организма — пониженную, что сопровождается замедлением процессов обмена веществ и, как следствие, низкой теплоотдачей.
Температурная адаптация растений. Дня большинства наземных растений оптимальной является температура +25—30°С, а для таких требовательных к теплу растений, как кукуруза, фасоль, соя и другие виды тропического и субтропического происхождения, — +30—35°С. Следует иметь в виду, что для каждой фазы и стадии развития растений существует как оптимальный, так и верхний и нижний пределы температурного режима.
При воздействии на растение высоких температур происходит сильное обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства дыхания, наконец, тепловая денатурация белков, коагуляция цитоплазмы и гибель.
Противостоять опасному влиянию экстремально высоких температур растения способны благодаря усиленной транспирации, накапливанию в цитоплазме защитных веществ (слизи, органических кислот и др.), сдвигам температурного оптимума активности важнейших ферментов, переходу в состояние глубокого покоя, а также занятию ими временных местообитаний, защищенных от сильного перегрева. Это означает, что у некоторых растений вся вегетация сдвигается на сезон с более благоприятными тепловыми условиями. Так, в пустынях и степях есть немало видов растений, начинающих вегетацию очень рано весной и успевающих ее закончить до наступления летней жары. Они переживают эти условия в состоянии летнего покоя — уже созрели семена или появились подземные органы —луковицы, клубни, корневища (тюльпаны, крокусы, мятлик луковичный и др.)
Морфологические адаптации, предотвращающие перегрев, практически те же самые, что служат растению для ослабления потока солнечной радиации. Это блестящая поверхность и густое опушение, придающие листьям светлую окраску и повышающие отражение солнечного излучения, вертикальное положение листьев, свертывание листовых пластинок (у злаков), уменьшение листовой поверхности и т. д. Эти же особенности строения растений одновременно обеспечивают им возможность уменьшения потерь воды. Таким образом, комплексное действие экологических факторов на организм находит отражение в комплексном характере адаптации.
Опасность низких температур для растений сводится к тому, что в межклетниках и клетках замерзает вода и, как следствие, происходит обезвоживание и механическое повреждение клеток, а затем коагуляция белков и разрушение цитоплазмы. Холод тормозит процессы роста растений, фотосинтеза, образования хлорофилла, снижает энергетическую эффективность дыхания, резко замедляет скорость развития.
Для перенесения неблагоприятных условий холодного периода года растения готовятся заранее: у них опадают листья, а у травянистых форм — надземные органы, происходит опушение почечных чешуи, зимнее засмоление почек (у хвойных), образование толстой кутикулы, утолщенного пробкового слоя и т. д.
Среди морфологических адаптации растений к жизни в холодных широтах важное значение имеют небольшие размеры (карликовость) и особые формы роста. Высота карликовых растений (карликовая береза, карликовые ивы и др.) обычно соответствует глубине снежного покрова, под которым зимуют растения, так как все части, выступающие над снегом, гибнут от замерзания. Подобная защита от холода характерна и для стелющихся форм — стлаников (кедрового стланика, можжевельника, рябины и др.) и подушковидных форм, образуемых в результате усиленного ветвления и крайне замедленного роста побегов.
Примером физиологической адаптации растений, препятствующей замерзанию воды в межклетниках и клетках, их обезвоживанию и механическому повреждению, служит повышение концентрации растворимых углеводов в клеточном соке, что способствует понижению точки замерзания.
Температурная адаптация животных. По сравнению с растениями животные обладают более разнообразными возможностями адаптации к воздействию различных температур. Обычно выделяют три основных пути температурных адаптации: 1) химическая терморегуляция (усиленное образование тепла в ответ на понижение температуры среды); 2) физическая терморегуляция (изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток); 3) поведенческая терморегуляция (избегание неблагоприятных температур путем перемещений в пространстве или изменение поведения более сложным образом).
Пойкилотермные животные, в отличие от гомойотермных, характеризуются более низким уровнем обмена веществ даже при одинаковой температуре тела. Например, пустынная игуана при температуре +37°С потребляет кислорода в 7 раз меньше, чем грызуны такой же массы. По этой причине в теле иойкилотермных животных вырабатывается мало тепла, и, как следствие, возможности химической и физической терморегуляции ничтожны. Основным способом регуляции температуры тела у них являются особенности поведения — перемена позы, активный поиск благоприятных климатических условий, смена мест обитания, самостоятельное создание нужного микроклимата (сооружение гнезд, рытье нор и т. п.). Например, в сильную жару животные прячутся в тень, скрываются в норах, а некоторые виды пустынных ящериц и змей взбираются на кусты, избегая соприкосновения с раскаленной поверхностью почвы.
Некоторые пойкилотермные животные способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет работы мышц. Так, шмели разогревают тело путем активизации мышечных сокращений (дрожью) до +32 и 33°С, что дает им возможность взлетать и кормиться в прохладную погоду.
Гомойотермия развилась из пойкилотермии путем интенсификации обменных процессов и усовершенствования способов регуляции теплообмена животных с окружающей средой. Эффективная регуляция поступления и отдачи тепла позволяет взрослым гомойотермным животным поддерживать постоянную оптимальную температуру тела во все времена года.
Благодаря высокой интенсивности обмена веществ и выработке значительного количества тепла гомойотермные животные отличаются высокой способностью к химической терморегуляции, что особенно важно при действии холода. Однако поддержание температуры за счет возрастания теплопродукции требует большого расхода энергии, поэтому животные в холодный период года нуждаются в большом количестве пищи или тратят много жировых запасов, накопленных ранее. Например, птицам, остающимся зимовать, страшны не столько морозы, сколько бескормица. В случае хорошего урожая семян ели и сосны клесты зимой даже выводят птенцов. Но при недостатке корма в зимний период такой тип терморегуляции экологически невыгоден, поэтому слабо развит у песцов, моржей, тюленей, белых медведей и других животных, обитающих за полярным кругом.
Физическая терморегуляция, обеспечивающая адаптацию к холоду не за счет дополнительной выработки тепла, а за счет сохранения его в теле животного, осуществляется путем рефлекторного сужения и расширения кровеносных сосудов кожи, меняющих ее теплопроводность, изменения теплоизолирующих свойств меха и перьевого покрова, регуляции испарительной теплоотдачи.
Густой мех млекопитающих, перьевой покров птиц позволяют сохранять вокруг тела прослойку воздуха с температурой, близкой к температуре тела животного, и тем самым уменьшать теплоотдачу во внешнюю среду. У обитателей холодного климата хорошо развит слой подкожной жировой клетчатки, который равномерно распределен по всему телу и является хорошим теплоизолятором.
Эффективным механизмом регуляции теплообмена служит также испарение воды путем потоотделения или через влажные оболочки полости рта (например, у собак). Так, человек при сильной жаре может выделять более 10 л пота в день, способствуя тем самым охлаждению тела.
Поведенческие способы регуляции теплообмена у гомойотермных животных такие же, как и у пойкилотермных.
Таким образом, сочетание эффективных способов химической, физической и поведенческой терморегуляции позволяет теплокровным животным поддерживать свой тепловой баланс на фоне широких колебаний температуры среды.
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В отличие от абиотических факторов, охватывающих всевозможные действия неживой природы, биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.
Гомотипические реакции, или взаимодействия между особями одного и того же вида. Реакции этого типа весьма разнообразны. Основные из них — групповой и массовый эффекты, внутривидовая конкуренция.
Гетеротипические реакции, т.е. взаимоотношения между особями разных видов. Влияние, которое оказывают друг на друга два вида, живущих вместе, может быть нулевым, благоприятным или неблагоприятным. Отсюда типы комбинаций могут быть следующими.
Нейтрализм—оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния.
Конкуренция—каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное действие. Виды конкурируют в поисках пищи, укрытий, мест кладки яиц-и т. п. Оба вида называют конкурирующими.
Мутуализм—симбиотические взаимоотношения, когда оба сожительствующих вида извлекают взаимную пользу.
Сотрудничество—оба вида образуют сообщество. Оно не является обязательным, так как каждый вид может существовать отдельно, изолированно, но жизнь в сообществе им обоим приносит пользу.
Комменсализм—взаимоотношения видов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому.
Аменсализм—тип межвидовых взаимоотношений, при котором в совместной среде один вид подавляет существование другого вида, не испытывая противодействия.
Паразитизм—это форма взаимоотношений между видами, при которой организмы одного вида (паразита, потребителя) живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина) в течение определенного времени.
Хищничество—такой тип взаимоотношений, при котором представители одного вида поедают (уничтожают) представителей другого, т. е. организмы одного вида служат пищей для другого.
АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ, результат воздействия человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности. Антропогенные факторы можно разделить на 3 группы: оказывающие прямое воздействие на окружающую среду в результате внезапно начинающейся, интенсивной и непродолжительной деятельности, напр. прокладка автомобильной или железной дороги через тайгу, сезонная промысловая охота в определённом районе и т. д.; косвенное воздействие – через хозяйственную деятельность долговременного характера и малой интенсивности, напр. загрязнение окружающей среды газообразными и жидкими выбросами завода, построенного у проложенной железной дороги без необходимых очистных сооружений, приводящее к постепенному усыханию деревьев и медленному отравлению тяжёлыми металлами животных, населяющих окрестную тайгу; комплексное воздействие вышеперечисленных факторов, приводящее к медленному, но существенному изменению окружающей среды (рост населения, увеличение численности домашних животных и животных, сопровождающих человеческие поселения – ворон, крыс, мышей и т. д., преобразование земельных угодий, появление примесей в воде и т. п.). В результате в изменённом ландшафте остаются лишь растения и животные, сумевшие приспособиться к новому состоянию жизни. Напр., хвойные деревья заменяются в тайге мелколиственными породами; место крупных копытных и хищников занимают таёжные грызуны и охотящиеся на них мелкие куньии т. п.
Организмы, живущие на Земле, очень разнообразны и образуют целые царства и подцарства, которые включают растения, животных, грибы, бактерии, простейших, архебактерии, цианобактерии.
Все эти организмы живут в разных условиях, занимают строго определенное жизненное пространство. Каждый из них для своего нормального развития и размножения требует определенных условий окружающей среды.
Взаимоотношения между организмами и окружающей средой, действие среды обитания на строение, жизнедеятельность, и поведение организмов, зависимость между состоянием среды обитания и благополучием популяций и т.д. изучает наука экология.
Экология - это наука, изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) между собой и с окружающей средой их неорганической природой, общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня, среду обитания живых существ (включая человека).
В моем реферате мы рассмотрим, что же такое среда обитания и какую роль играет температура в жизни организмов.
1. Среда обитания
Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.
Среда - это физические свойства пространства, окружающего растение, животного или человека, то есть температура, освещенность, давление, уровень радиации, подвижность частиц.
Первой средой, в которой возникла и распространилась жизнь, была водная среда. Постепенно живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и населили почву, специфической средой жизни стали сами живые организмы.
В среде обитания всегда есть очень важные элементы, от которых зависит возможность существования организма и есть компоненты среды, для данного организма безразличные.
Элементы среды обитания, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ, определяют как экологические факторы.
Условно все факторы делят на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.
Абиотические факторы - все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы. Это температура, свет, давление, влажность и т.д.
В рамках темы мы рассмотрим только абиотические факторы, а конкретнее температуру и ее роль в жизни организмов.
Температура очень изменчивый в пространстве и времени экологический фактор. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана и в глубине пещер.
В характере воздействия экологических факторов на организмы и в их ответных реакциях можно выделить определенные закономерности.
3. Закономерности экологических факторов
Первая закономерность - закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Границы благоприятного воздействия на организм называются законом оптимума.
Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование не возможно.
Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где указан автор или источник. При полном или частичном цитировании всех материалов активная гиперссылка на Всероссийский Экологический портал (ecoportal.su) обязательна.
Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов новостных и других материалов, публикуемых на сайте. Сайт, для обеспечения работоспособности, использует файлы cookie. Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с их использованием.
Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик, опубликованный в разделе контакты.
терморегуляции Это процесс, который позволяет организмам регулировать температуру своего тела, модулируя потерю и накопление тепла. В животном мире существуют разные механизмы регуляции температуры, как физиологические, так и этологические..
Регулирование температуры тела является основной деятельностью для любого живого существа, потому что этот параметр является критическим для гомеостаза тела и влияет на функциональность ферментов и других белков, текучесть мембран, поток ионов и другие..
В своей простейшей форме сети терморегуляции активируются посредством цепи, которая объединяет входы терморецепторов, расположенных в коже, во внутренних органах, в мозге, среди других.
Основные механизмы перед лицом этих холодных или тепловых раздражителей включают вазоконстрикцию кожи, расширение сосудов, выработку тепла (термогенез) и потоотделение. Другие механизмы включают поведение, способствующее или уменьшающее потерю тепла.
- 1 Основные понятия: тепло и температура
- 1.1 Температура
- 1.2 Тепло
- 2.1 Эндотерм и экзотерма
- 2.2 Пойкилотерм и гомеотерм
- 2.3 Примеры
- 2.4 Чередование пространственной и временной эндотермии и эктотермии
- 4.1 Физиологические механизмы
- 4.2 Этологические механизмы
Основные понятия: тепло и температура
Чтобы говорить о терморегуляции у животных, необходимо знать точное определение терминов, которые часто путают студентов.
Понимание разницы между температурой и температурой необходимо для понимания терморегуляции животных. Мы будем использовать неодушевленные тела, чтобы проиллюстрировать разницу: вспомним два металлических кубика, один из которых в 10 раз больше другого.
Каждый из этих кубиков находится в комнате при температуре 25 ° С. Если мы измерим температуру каждого блока, оба будут при 25 ° C, хотя один большой, а другой маленький.
Теперь, если мы измерим количество тепла в каждом блоке, результат между ними будет разным. Для выполнения этой задачи мы должны переместить блоки в комнату с абсолютно нулевой температурой и количественно определить количество выделяемого ими тепла. В этом случае теплосодержание в большем металлическом кубе будет в 10 раз выше.
температура
Благодаря предыдущему примеру мы можем сделать вывод, что температура одинакова для обоих и не зависит от количества вещества в каждом блоке. Температура измеряется как скорость или интенсивность движения молекул.
Температура периферических областей, с другой стороны, зависит от притока крови к коже и измеряется в коже рук и ног..
тепла
Напротив - и возвращаясь к примеру блоков - тепло отличается в обоих инертных телах и прямо пропорционально количеству вещества. Это форма энергии, которая зависит от количества атомов и молекул рассматриваемого вещества..
Типы: тепловые отношения между животными
В физиологии животных существует ряд терминов и категорий, используемых для описания тепловых связей между организмами. У каждой из этих групп животных есть особые приспособления - физиологические, анатомические или анатомические - которые помогают им поддерживать температуру своего тела в адекватном диапазоне..
Эндотерм и экзотерма
Первый член эндотермия, используется, когда животному удается согреться с метаболическим выделением тепла. Противоположной концепцией является ectothermy, где температура животного определяется окружающей средой.
Некоторые животные не могут быть эндотермическими, потому что, хотя они производят тепло, они не делают это достаточно быстро, чтобы удержать его.
Пойкилотерм и гомеотерм
Другой способ классифицировать их - по терморегуляции животного. Термин пойкилотермные он используется для обозначения животных с переменной температурой тела. В этих случаях температура тела высокая в жарких условиях и низкая в холодных..
Животное пойкилотерм может самостоятельно регулировать свою температуру посредством поведения. То есть путем определения местоположения в зонах с высокой солнечной радиацией для повышения температуры или для сокрытия от этой радиации для ее снижения.
Термины пойкилотерм и экзотерма относятся в основном к одному и тому же явлению. Тем не менее, пойкилотерм подчеркивает изменчивость температуры тела, а в экзотерме - важность температуры окружающей среды для определения температуры тела..
Противоположный термину пойкилотерм - гомеотерм: терморегуляция физиологическими средствами - и не только благодаря применению поведения. Большинство эндотермических животных способны регулировать свою температуру.
примеров
рыба
Рыба - прекрасный пример экзотермических и пойкилотермических животных. В случае этих пловцов позвоночных, их ткани не производят тепло через метаболические пути, и, кроме того, температура рыбы определяется температурой водоема, в котором они плавают..
рептилии
Рептилии демонстрируют очень заметное поведение, которое позволяет им регулировать (этологически) свою температуру. Эти животные ищут теплые области - такие как усаживание на горячем камне - чтобы увеличить температуру. В противном случае, где они хотят уменьшить его, они будут стремиться спрятаться от радиации.
Птицы и млекопитающие
Млекопитающие и птицы являются примерами эндотермических и гомеотермических животных. Они метаболически производят температуру своего тела и регулируют ее физиологически. Некоторые насекомые также демонстрируют этот физиологический паттерн.
Способность регулировать его температуру давала этим двум линиям животных преимущество перед их пойкилотермическими аналогами, поскольку они могут устанавливать тепловое равновесие в своих клетках и органах. Это привело к тому, что процессы питания, обмена веществ и выведения становятся более устойчивыми и эффективными.
Человек, например, поддерживает свою температуру на уровне 37 ° C, в довольно узком диапазоне - между 33,2 и 38,2 ° C. Поддержание этого параметра абсолютно необходимо для выживания вида и опосредует ряд физиологических процессов в организме..
Чередование пространственной и временной эндотермии и эктотермии
Различие между этими четырьмя категориями часто становится запутанным, когда мы рассматриваем случаи животных, которые могут чередоваться между категориями, пространственно или временно.
Временное изменение терморегуляции может быть продемонстрировано млекопитающими, которые переживают периоды зимней спячки. Эти животные обычно гомеотермичны в течение сезонов года, когда они не зимуют, а во время зимовки они не могут регулировать температуру своего тела..
Пространственное изменение происходит, когда животное по-разному регулирует температуру в областях тела. Шмели и другие насекомые могут регулировать температуру своих грудных сегментов и не могут регулировать остальную часть областей. Это условие дифференциальной регуляции называется гетеротермия.
Физиология терморегуляции
Как и любая система, физиологическая регуляция температуры тела требует наличия афферентной системы, центра управления и эфферентной системы..
Первая система, афферентная, отвечает за сбор информации с помощью кожных рецепторов. Впоследствии информация передается в терморегуляторный центр через кровь через нервную систему..
При нормальных условиях органы тела, которые выделяют тепло, - это сердце и печень. Когда тело выполняет физическую работу (упражнения), скелетная мышца также является тепловыделяющей структурой.
Гипоталамус является терморегуляторным центром, и задачи делятся на потерю тепла и прирост. Функциональная зона, обеспечивающая поддержание тепла, расположена в задней зоне гипоталамуса, в то время как потеря опосредуется передней областью. Этот орган работает как термостат.
Управление системой происходит двойное: положительное и отрицательное, опосредованное корой головного мозга. Эффекторные ответы относятся к поведенческому типу или опосредованы вегетативной нервной системой. Эти два механизма будут изучены позже.
Механизмы терморегуляции
Физиологические механизмы
Механизмы регулирования температуры варьируются в зависимости от типа получаемого стимула, то есть от того, идет ли речь о повышении или понижении температуры. Поэтому мы будем использовать этот параметр, чтобы установить классификацию механизмов:
Регулирование для высоких температур
Чтобы добиться регуляции температуры тела от тепловых раздражителей, организм должен способствовать ее потере. Есть несколько механизмов:
расширение кровеносных сосудов
У людей одной из самых ярких характеристик кровообращения является широкий спектр кровеносных сосудов. Кровообращение в коже имеет свойство сильно варьироваться в зависимости от условий окружающей среды и изменяться от сильных до слабых кровотоков..
Способность вазодилатации имеет решающее значение в терморегуляции людей. Высокий кровоток в периоды повышенной температуры позволяет организму увеличить передачу тепла от ядра тела к поверхности кожи, чтобы окончательно рассеяться.
Когда кровоток увеличивается, объем крови в свою очередь увеличивается. Таким образом, большее количество крови передается от ядра тела к поверхности кожи, где происходит теплообмен. Кровь, теперь более холодная, возвращается в ядро или центр тела..
пот
Наряду с вазодилатацией, образование пота имеет решающее значение для терморегуляции, поскольку помогает рассеиванию избыточного тепла. На самом деле, производство и последующее испарение пота являются основными механизмами организма, чтобы терять тепло. Они также действуют во время физической активности.
Пот представляет собой жидкость, вырабатываемую потовыми железами, называемыми эккринными, и распределяется по всему телу со значительной плотностью. Испарение пота позволяет передавать тепло тела в окружающую среду в виде водяного пара..
Регулирование для низких температур
В отличие от механизмов, упомянутых в предыдущем разделе, в ситуациях падения температуры организм должен способствовать сохранению и выработке тепла следующим образом:
вазоконстрикция
Эта система следует противоположной логике, описанной в вазодилатации, поэтому мы не будем подробно останавливаться на объяснениях. Холод стимулирует сокращение кожных сосудов, тем самым избегая рассеивания тепла.
пилоэрекция
Задумывались ли вы, почему появляются "мурашки по коже", когда мы сталкиваемся с низкими температурами? Это механизм предотвращения потери тепла, называемый пилоэрекцией. Однако, поскольку у людей относительно мало волос в нашем теле, это считается плохо рудиментарной системой.
Когда происходит возвышение каждого волоска, слой воздуха, который вступает в контакт с кожей, увеличивается, что уменьшает конвекцию воздуха. Это уменьшает потерю тепла.
Производство тепла
Наиболее интуитивный способ противодействия низким температурам - это производство тепла. Это может происходить двумя способами: дрожащим и не дрожащим термогенезом..
В первом случае организм производит быстрые и непроизвольные мышечные сокращения (поэтому вы дрожите, когда вам холодно), которые приводят к выработке тепла. Дрожащее производство стоит дорого, если говорить энергетически, поэтому организм прибегнет к нему, если вышеперечисленные системы выйдут из строя..
Вторым механизмом руководит ткань, называемая коричневым жиром (или коричневая жировая ткань, в английской литературе она обычно обобщается под аббревиатурой BAT: коричневая жировая ткань).
Эта система отвечает за разделение производства энергии в процессе обмена веществ: вместо образования АТФ она приводит к выработке тепла. Это особенно важный механизм у детей и мелких млекопитающих, хотя самые последние данные свидетельствуют о том, что он также актуален у взрослых.
Этологические механизмы
Этологические механизмы состоят из всех видов поведения, демонстрируемых животными для регулирования их температуры. Как мы упоминали в примере с рептилиями, организмы могут быть помещены в благоприятную среду, чтобы способствовать или избежать потери тепла.
Различные части мозга участвуют в обработке этого ответа. У людей эти формы поведения эффективны, хотя они и не регулируются так, как физиологические.
Изменения терморегуляции
В течение дня организм испытывает небольшие и деликатные изменения температуры в зависимости от некоторых переменных, таких как циркадный ритм, гормональный цикл и другие физиологические аспекты..
Как уже упоминалось, температура тела управляет огромным спектром физиологических процессов, и потеря регуляции может привести к разрушительным условиям в пораженном организме..
Обе температурные крайности - как высокие, так и низкие - отрицательно влияют на организмы. Очень высокие температуры, выше 42 ° С у людей, сильно влияют на белки, способствуя их денатурации. Кроме того, нарушается синтез ДНК. Органы и нейроны также повреждены.
Аналогичным образом, температура ниже 27 ° C приводит к сильной гипотермии. Изменения в нервно-мышечной, сердечно-сосудистой и дыхательной активности имеют летальные последствия.
Несколько органов поражаются, когда терморегуляция не работает должным образом. Среди них сердце, мозг, желудочно-кишечный тракт, легкие, почки и печень..
Температура в биосфере колеблется от +50°С до - 50°С.
Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре до - 8, - 10°С. Это бактерии, грибы , черви, моллюски, рыбы и другие, живущие в арктической и антарктической областях. Виды, живущие в области высоких температур, относятся к группе термофилов. Это микроорганизмы, нематоды, клещи, личинки насекомых, живущие в аридных областях, в горячих источниках, на склонах вулканов.
По правилу Вант-Гоффа повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции для всех химических реакций. Но в живых организмах химические процессы идут с участием ферментов, активность которых зависит также от температуры. Возникает сложная, непропорциональная зависимость.
Q 10 = K t+10 /K t ;
где Кt - скорость реакции при температуре Q К1+10 - скорость реакции при температуре 1+10.
Для ферментных реакций зависимость нелинейная.
Температурный порог жизни (теоретически): верхний - температура свертывания белка (45-60°С); нижний - температура замерзания воды (0°С). При 0°С образуются кристаллы льда, которые механически повреждают ткани.
По принципиальным особенностям теплообмена различают пойкилотермные и гомойотермные организмы.
Пойкилотермные (изменчивый, меняющийся) - холоднокровные, все, кроме птиц и млекопитающих. Температура тела неустойчива, зависит от температуры окружающей среды. Низкий уровень метаболизма, главный источник тепла - внешнее тепло.
При изменении температуры меняются также скорость обменных процессов. У растений поглощение воды корнями уменьшается на 60-70% при понижении температуры от 20 до 0 °С. У животных и у растений повышение температуры вызывает усиление дыхания. От температуры зависит продолжительность развития. Для осуществления генетической программы развития пойкилотермным организмам необходимо получить извне определенное количество тепла. Это тепло измеряется суммой эффективных температур.
Эффективными температурами называют температуру выше того минимального значения, при котором процессы развития вообще возможны; эту пороговую величину называют биологическим нулем.
Семена растений обладают низким порогом развития (0 - + 1°С), икра щук 2-25°С.
Сумму эффективных температур рассчитывают по формуле:
где Т - температура окружающейсреды, С - температурный порог развития, n - число часов или дней с температурой, превышающей порог развития.
Знание суммы эффективных температур важно для прогнозов урожая, сроков вылета вредителей и т.д. Например, под Санкт-Петербургом, для зацветания мать-и-мачехи sumТэф=770С, земляники - sumТэф=500оС, желтой акации sumТэф=700оС. Яблоневая плодожорка в северной Украине при sumТэф=930°С дает одно поколение, а на юге, где sumТэф=1870°С возможны две-три генерации за лето.
За границами диапазона температур, при которых сохраняется активная жизнедеятельность, пойкилотермические организмы переходят в состояние оцепенения, понижается уровень обменных процессов. В пассивном состоянии диапаузы они могут переносить сильное повышение и понижение температуры долго без патологических последствий.
Основой температурной толерантности является тканевая устойчивость, ПО и сильное обезвоживание.
Температурные адаптации растений
Высшие растения умеренных поясов эвритермны. Растения дождевых тропических лесов и криофильные зеленые и диатомовые водоросли в полярных льдах и на снежных полях высокогорий стенотермны. Растения тропических лесов погибают при температуре +5 . +8°С, а в сибирской тайге выдерживают полное промерзание (- 50 °С).
Основные пути адаптации к изменениям температур у растений - физиологические, морфологические перестройки.
По степени адаптации к холоду выделяют 3 группы:
1) нехолодостойкие растения - повреждаются и гибнут при температурах близких к 0°С и выше. Это тропические леса, водоросли теплых морей, некторые грибы.
2) неморозостойкие растения - переносят низкие температуры, но гибнут при образовании льда. Это субтропические растения.
3) Льдо- или морозоустойчивые растения - произрастают в местах с холодными зимами. Растения подготавливаются к холодной зиме: обезвоживание, накапливание криопротекторов - сахаров, аминокислот и др.
По степени адаптации к высоким температурам:
1) нежаростойкие – повреждаются при температуре +30°С…+40°С. Это эукариотические водоросли, водные цветковые, наземные мезофиты.
2) Жаростойкие эукариоты – растения сухих местообитаний с сильной инсоляцией (степей, пустынь, саванн), переносят нагревание до +50°С до 30минут.
3) Жароустойчивые прокариоты – термофильные бактерии и некоторые сине-зеленые водоросли, живут в горячих источниках при температуре +85…+90°С.
4) Пирофиты – устойчивые к пожарам. Растения саванн, чапарраля, имеют толстую корку, пропитанную огнеупорными веществами.
Общая адаптация при повышении температуры: охлаждение при испарении влаги - транспирация влаги через устьица, вертикальное расположение листьев к солнцу, глазная отражающая листовая поверхность.
Температурные адаптации животных
Переход в состояние оцепенения – адаптивная реакция: почти не функционирующий организм не подвергается повреждающим воздействием, не расходует энергию, что позволяет выжить при неблагоприятных условиях. При переходе в состояние оцепенения в организме происходят физиологические и биохимические изменения поэтапно, медленно.
Антарктические рыбы чувствительны к повышению температуры (погибают при + 6 °С), в тканях накапливаются биологический антифриз – гликопротеиды, которые понижают температуру замерзания воды в тканях. У растений накапливаются перед зимой сахара, АК, связывающие воду. Понижается вязкость протоплазмы и содержание Н2О. Это ведет к понижению температуры и замерзанию жидкости в клетках.
У насекомых накапливается глицерин в гемолимфе и тканях, что понижает точку переохлаждения до –27…-39 °С. Кристаллизация в клетках начинается лишь при – 60 °С.
Антифризы: глицерин, моносахара, белки, гликоген (криопротекторы).
Обезвоживание: обезвоживание коловратки до – 190 °С.
Терморегуляция: при понижении температуры: за счет мускульной активности (летающие насекомые, змея вокруг кладки яиц, у пчел – общественная регуляция – трепетание крыльями, все вместе, у одиночных пчел повышение потребления О2. У животных – частое дыхание; черепахи – испарение слюны, которой они смачивают поверхность кожи головы, передних конечностей, обрызгивание мочой конец задних конечностей.
Адаптивное поведение: выбор места с наиболее благоприятным микроклиматом и смена позиций (из солнечных мест в тень). Краб, проявляя положительный фототаксис, выходит на мелководье (вода прогрета солнцем), в жаркое время уходит на глубину, скрывается в норах. Ящерица зарывается в песок.
Гомойотермные - это птицы и млекопитающие (теплокровные).
Сохранение внутреннего постоянства, температура тела постоянна при изменении температуры окружающей среды. Присущ тепловой гомеостаз. Гомеостаз – это состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свои свойства и способность к осуществлению жизненных функций на фоне меняющихся внешних условий. Высокий уровень метаболизма: суточный метаболизм змеи 32 Дж/кг, у сурка 120 Дж/кг, кролика 180 Дж/кг.
Значение внешнего обогрева невелико, живут за счет внутреннего тепла, выделяющегося при экзотермических биохимических реакциях. Эндотермные организмы. Для мужчины среднего веса и среднего роста необходимо ежесуточно ~ 8000 кДж.
Температура тела: у птиц 41°С, у грызунов 35-39 °С, у копытных 35 – 39 °С.
1. Химическая терморегуляция – тепло метаболических реакций. Активно выделяют тепло печень и скелетные мышцы. Теплопродукция регулируется температурой окружающей среды и гормонами (тироксин повышает скорость метаболических реакций).
2. Терморегуляционный тонус – под действием нервных импульсов.
Микросокращения фибрилл – холодовая дрожь. Газообмен повышается на 300 – 400 °С. Потирание рук, притоптывание ногами, физические упражнения повышают скорость метаболизма, повышается температура тела.
Раздел: Биология и химия
Количество знаков с пробелами: 47177
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0Читайте также: