Температура – Степановських А
4.2. Температура
Тепловий режим -найважливіша умова існування живих організмів, оскільки всі фізіологічні процеси в них можливі за певних умов. Головним джерелом тепла є сонячне проміння.
Сонячна радіація перетворюється на екзогенне джерело тепла, що знаходиться поза організмом, у всіх випадках, коли вона падає на організм і ним поглинається. Сила та характер впливу сонячного випромінювання залежать від географічного положення та є важливими факторами, що визначають клімат регіону. Клімат визначає наявність і розмаїття видів рослин і тварин у цій місцевості. Діапазон існуючих у Всесвіті температур дорівнює тисячам градусів (табл. 4.3).
Склад атмосфери та температура на планетах
Порівняно з ними межі, в яких може існувати життя, дуже вузькі — близько 300°С, від -200°С до +100°С. Насправді більшість видів і більшість активності приурочені до вужчому діапазону температур (табл. 4.4).
Температурний діапазон активного життя на Землі, °С
Як правило, ці температури, за яких можлива нормальна будова та функціонування білків: від 0 до +50°С. Однак цілий ряд організмів має спеціалізовані ферментні системи і пристосований до активного існування при температурі тіла, що виходить за названі вище межі.
Температурний чинник характеризується яскраво вираженими як сезонними, і добовими коливаннями. У ряді районів Землі ця дія фактора має важливе сигнальне значення у регуляції термінів активності організмів, забезпеченні їх добового та сезонного режимів життя.
При характеристиці температурного фактора дуже важливо враховувати його крайніпоказники, тривалість їхньої дії, повторюваність. Виходять за межі толерантності організмів зміни температури в місцях проживання призводять до масової їхньої загибелі. Значення температури полягає і в тому, що вона змінює швидкість перебігу фізико-хімічних процесів у клітинах, що відбиваються на всій життєдіяльності організмів. Температура впливає на анатомо-морфологічні особливості організмів, перебіг фізіологічних процесів, їх зростання, розвиток, поведінку та у багатьох випадках визначає географічне поширення рослин та тварин.
Як до екологічного фактора, по відношенню до температури всі організми поділяються на дві групи:холодолюбніітеплолюбні.Холодолюбні організми, абокріофіли,здатні жити в умовах порівняно низьких температур та не виносять високих. Кріофіли можуть зберігати активність при температурі клітин до -8 і -10 °С, коли рідини їх тіла перебувають у переохолодженому вигляді. Характерно для представників різних груп, наприклад бактерій, грибів, молюсків, членистоногих, черв'яків та ін. Кріофіли населяють холодні та помірні зони. Холодостійкість рослин дуже різна і залежить від умов, в яких вони живуть.
Так, деревні та чагарникові породи Якутії не вимерзають при -70 ° С, в Антарктиді при такій же температурі мешкають лишайники, окремі види водоростей, ногохвостки, пінгвіни. У лабораторних експериментах насіння, суперечки та пилок рослин, коловратки, нематоди, цисти найпростіших після зневоднення переносять температури, близькі до абсолютного нуля, тобто. до -271,16 ° С, повертаючись після цього до активного життя. Припинення всіх життєвих процесів організму називаєтьсяанабіозом.З анабіозу живі організми повертаються до нормального життя за умови, якщо не було порушено структурумакромолекул у їхніх клітинах.
У теплолюбних, аботермофілів,життєдіяльність присвячена умовам досить високих температур (табл. 4.5).
Це переважно мешканці спекотних, тропічних районів Землі. Серед численних безхребетних (комахи, павукоподібні, молюски, черв'яки), холодно- і теплокровних хребетних є багато видів і цілий загін, що мешкають виключно в тропіках. Справжніми термофіл є рослини жарких тропічних районів. Вони не переносять низьких температур і нерідко гинуть вже за 0 °С, хоча фізичного заморожування їх тканин і не відбувається. Причинами загибелі зазвичай називають порушення обміну речовин, придушення фізіологічних процесів, що призводить до утворення в рослинах не властивих їм продуктів, у тому числі і шкідливих, що викликають отруєння.
Приклади видів, що володіють різною
стійкістю до температури
Рачок Thermosbaena mirabilis живе при температурі 45-48 ° С і гине, якщо температура падає нижче 30 ° С
Комахи-ектопаразити ссавців та птахів залежать від температури тіла тварин
Ногохвістки, довгоніжки активні при температурі нижче 0°С і до -10°С
Двокрилі активні при температурі між 5 і 10 ° С в сонячні години дня.
Ці види дуже чутливі до підвищення температури
Тварини - жителі великих глибин здатні переносити температури, близькі до 0°С
Багато організмів мають здатність переносити дуже високі температури. Наприклад, деякі види жуків і метеликів, що плазуни витримують температуру до 45—50 °С. У гарячих джерелах Каліфорнії при температурі 52 ° С живе рибка плямистий ципринодон, у водах гарячих ключів на Камчатці постійно живуть синьо-зелені водорості при температурі 75-80 ° С,верблюжа колючка переносить нагрівання повітря до 70 °С. Таким чином, загальні закономірності впливу температури на живі організми проявляються в їхній здатності існувати в певному діапазоні температури. Цей діапазон обмеженийнижньоюлетальною (смертельною) іверхньоюлетальною температурою.
Температура, найбільш сприятлива для життєдіяльності та зростання, називається оптимальною (табл. 4.6).
Оптимальні температури для вирощування рослин
Температурний оптимум більшості живих організмів знаходиться в межах 20-25 ° С, і лише у мешканців спекотних, сухих районів температурний оптимум життєдіяльності знаходиться трохи вище 25-28 ° С. Наприклад, деякі прямокрилі (коники) виявляють полуденну активність в умовах пустелі Палестини при температурі 40°С і вище.
Для організмів помірних та холодних зон України оптимальні температури від 10 до 20°С. Так, у вітрениці дібровний процес фотосинтезу найбільш інтенсивно протікає при 10°С.
Залежно від ширини інтервалу температури, в якій даний вид може існувати, організми діляться наеврітермніістенотермні.Еврітермні організми витримують широкі коливання температури, стенотермні живуть лише у вузьких межах.
До евритермних належить більшість організмів районів із континентальним кліматом. Багато з них мають спокійні стадії, що переносять особливо широкий діапазон температури (яйце, цисти, лялечки комах, що знаходяться в стані анабіозу, дорослі тварини, суперечки бактерій, насіння рослин).
Безхребетні, риби, амфібії та рептилії позбавлені здатності підтримувати температуру тіла у вузьких межах. Їх називаютьпойкілотермними(від грец. Poikilos - різний). Даних тварин частоназивають такожектотермними,оскільки вони більше залежать від тепла, що надходить ззовні, ніж від того тепла, яке утворюється в обмінних процесах. Характерна низька інтенсивність обміну та відсутність механізму збереження тепла. Раніше цих тварин зазвичай називали холодокровними, але цей термін неточний і може вводити в оману.
Птахи та ссавці здатні підтримувати досить постійну температуру тіла незалежно від навколишньої температури. Цих тварин називають гомойотермними (від грец. homoios - подібний) або, за старою термінологією, що менш правильно, теплокровними. Гомойотермні тварини щодо мало залежить від зовнішніх джерел тепла. Завдяки високій інтенсивності обміну у них виробляється достатня кількість тепла, що може зберігатись. Оскільки ці тварини існують за рахунок внутрішніх джерел тепла, їх називають нині найчастішеендотермними.
Рослини і тварини в ході тривалого еволюційного розвитку, пристосовуючись до періодичних змін температурних умов, виробили різну потребу до тепла в різні періоди життя. Наприклад, проростання насіння рослин відбувається при нижчих температурах, ніж подальше їх зростання. Насіння пшениці, вівса, ячменю проростає при 1-2 ° С, сходи ж з'являються при4-5 ^ 0.У період цвітіння рослинам, як правило, необхідно більше тепла, ніж у період дозрівання насіння, плодів. Томати краще ростуть і розвиваються, коли температура вдень 25-26 ° С, вночі 17-18 ° С. Температурний оптимум живих організмів залежить від інших екологічних чинників. Встановлено, що при повному освітленні та надлишку вуглекислого газу в повітрі оптимальна температура фотосинтезу 30 °С, а при слабкому освітленні та нестачі вуглекислого газу вона знижується до 10 °С(Рис. 4.8).
При характеристиці температури необхідно розрізняти температуру повітря та температуру ґрунту, різницю між ними. Для рослин це особливо важливо, тому що вони здатні поглинати поживні речовини з ґрунту за умови, якщо температура ґрунту буде на кілька градусів нижче за температуру повітря. Наприклад, гречка досягає найкращого розвитку, коли температура біля коріння дорівнює. 10°С, а надземних частин 22°С. При температурі ґрунту та повітря 22°С стан рослин різко погіршується, і вони не дають квіток. При подальшому підвищенні температури ґрунту до 34 ° С, коли надземні органи залишаються при 22 ° С, у рослин спостерігається відмирання верхівок нирок, стебел, а згодом гине вся рослина.
Мал. 4.8. Співвідношення між фотосинтезом та диханням
залежно від температур
За оптимальних температур у всіх організмів фізіологічні процеси протікають найбільш інтенсивно, що сприяє збільшенню темпів їх зростання. Тут до біологічних процесів цілком прийнятноправило Вант-Гоффа(Т.А. Акімова, В.В. Хаскін, 1998).