Температурні адаптації рослин та тварин

Температурні адаптації рослин та тварин

Температурні адаптації рослин

Функціональна діяльність живих біологічних систем істотно залежить від температурного рівня навколишнього середовища. Насамперед це стосується організмів, не здатних підтримувати постійну температуру тіла (всі рослини та багато тварин). Саме в таких організмів (пойкілотермних) підвищення температури до певної межі значно прискорює фізіологічні процеси: темпи росту та розвитку (у комах, плазунів), проростання насіння, зростання листя і пагонів, цвітіння тощо.

Надмірне підвищення температури викликає загибель організмів внаслідок теплової денатурації білкових молекул, незворотних змін структури біологічних колоїдів клітини, порушення діяльності ферментів, різкого посилення гідролітичних процесів, дихання та ін. .

У природних умовах температура дуже рідко тримається лише на рівні, сприятливому життя. Відповіддю на це є виникнення у рослин та тварин спеціальних пристроїв, які послаблюють шкідливу дію коливань температури. Це, зокрема, комплекс властивостей та адаптивних пристроїв, які формують відповідний рівень зимостійкості та морозостійкості рослин.

Зимостійкість- стійкість рослин до комплексу несприятливих факторів зимового періоду (чергування морозів та відлиг, крижаної кірки, вимокання, випрівання та ін.). Обумовлюється та забезпечується переходом рослин у стан органічного спокою, розміщенням нирок у захищених місцях, накопиченням енергетичного матеріалу (крохмалю, жирів), скиданням листя, адаптивними реакціями організмів.

Морозостійкість- здатність клітин, тканин та цілих рослин без пошкоджень переносити дію морозів. Завдяки багатьом фізіолого-біохімічним пристосуванням та властивостям у морозостійких рослин утворення льоду відбувається за нижчої температури, ніж у менш морозостійких, і супроводжується меншими пошкодженнями.

Холодостійкість- властивість ранньовесняних рослин (ефемерів та ефемероїдів) успішно рости при низьких плюсових температурах. Цей термін також використовується для характеристики теплолюбних рослин (кукурудза, огірки, кавуни).

Зимо-і морозостійкість характерні для рослин тільки в зимовий період, коли вони встигли загартуватися і перейти у стан спокою. А в період вегетації (влітку) всі рослини не здатні витримувати навіть короткочасний вплив невеликих морозів.

Гартування рослин- формування у рослин здатності успішно витримувати несприятливі умови під впливом специфічних умов осінньої пори року. Має двофазний характер. Під час першої відбувається накопичення вуглеводів, перерозподіл поживних речовин між органами, чому сприяє відносно тепла та сонячна погода. У другій фазі при поступовому зниженні температури збільшується кількість осмотично активних речовин у вакуолях, зменшується кількість води, змінюється стан цитоплазми – рослини переходять у стан спокою.

Стан спокою- якісно новий етап рослинного організму, в який переходять зимуючі рослини з настанням несприятливих умов. Характеризується припиненням видимого зростання та зведенням до мінімуму життєдіяльності, відмиранням та опадінням листя та надземних органів трав'янистих багаторічників, утворенням лусочок нанирках, товстого шару кутикули та кори на стеблах. У тканинах і клітинах накопичуються інгібітори, які гальмують ростові та формоутворювальні процеси, що робить рослини нездатними до проростання навіть у найсприятливіших штучно створених умовах, а також під час випадкових осінніх та ран незимових потеплінь.

Розрізняють період (стан) глибокого, або органічного спокою, зумовленого відповідною підготовкою та внутрішнім ритмом розвитку рослинного організму, та період вимушеного спокою, в якому рослини перебувають після глибокого спокою, коли їх зростання вимушено стримується ще несприятливими умовами – низькою температурою, нестачею поживних речовин. Вимушений спокій легко перервати, створивши рослині сприятливі умови.

Здатність переходити у стан спокою – необхідний етап онтогенезу рослин, внутрішньо зумовлений ритмічністю фізіолого-біохімічних процесів. Ця властивість виникла рослин у процесі еволюції як пристосувальна реакція у відповідь на періодичні зміни температурних умов зовнішнього середовища.

Багато рослин переходять у стан спокою не лише взимку, а й улітку. Це ранньовесняні квітучі рослини (тюльпани, крокуси, проліски). Велика кількість рослин тропічних районів, пустель і напівпустель також перетворюється на стан літнього спокою. Стан спокою різної тривалості характерний і для свіжозібраного насіння і плодів, бульб, цибулин, коренеплодів.

Існують методи та прийоми, за допомогою яких можна вивести рослини зі стану глибокого спокою. Це теплі ванни (37-39 ° С), обробка парами ефіру, розколювання основи нирок голкою та ін.

Термальні зміни довкілля організмів надають як негативний, а й позитивний вплив. Багатовиди рослин, щоб перейти до цвітіння і повністю завершити свій життєвий цикл, потребують періоду низьких температур зазвичай невеликої тривалості на певному етапі онтогенезу. Прикладами стимулятивної дії низьких температур є:

1. Процес яровізації - перехід пророслого насіння озимих культур холодовим впливом на стан розвитку (освіта репродуктивних органів).
2. Стратифікація - вплив на насіння, що зберігається в певних умовах вологості, низькою температурою з метою підготовки їх до проростання. У природних умовах підготовка насіння з твердими оболонками до проростання здійснюється в сінньо-зимовий період, тобто з обов'язковим впливом на них періоду низьких та мінусових температур.
3. Утворення квіткових стрілок цибулинами, що проростають, можливе тільки в разі попереднього їх знаходження при низьких температурах.
4. Зниження температури разом із іншими чинниками ініціює перехід багаторічних рослин у стан органічного спокою, що найефективніше успішного перенесення сукупності несприятливих чинників зими.

Швидкість проходження етапів життєвого циклу рослин та тварин, їх зростання та розвиток суттєво залежать від температури. Так, нормальний обмін речовин у рослин та пойкілотермних тварин після холодового пригнічення (зимової сплячки, періоду спокою) відновлюється за певної для кожного виду температури, яка називається температурним порогом розвитку. Чим більша температура середовища перевищує порогову, тим інтенсивніше протікає розвиток організму. Для оцінки кількості тепла, що отримується рослиною для завершення періоду вегетації або проходження життєвого циклу тварин від яйця або ікринки до дорослої особини, використовують показник суми ефективнихтемператур (Σt), одержуваної підсумовуванням щоденних перевищень середньодобової температури повітря певної її величини, що відповідає температурному порогу розвитку.

Пороговою температурою початку вегетації більшості представників рослинності помірної зони вважають досягнення середньодобової температури 5 °С, для культурних рослин – 10 °С, для теплолюбних – 15 °С, для личинок більшості тварин – Про °С.

Рослина	Σt, °С
Коренеплоди	1000-1500
Зернові, льон, трави, картопля	1400-2200
Кукурудза, соняшник, цукровий буряк	2200-3400
Бавовник, кенаф, кендир, рис	3500-4000
Багаторічні субтропічні рослини (чай, цитрусові)	більше 4000

За величиною загальної суми температур судять про теплолюбність організмів, настання етапів онтогенезу, визначають початок вильоту комах-паразитів, появу гусениць-лістогризів, генерацій попелиць, метеликів плодожерки тощо. їх шкідниками.

Від посіву до дозрівання насіння різні рослини вимагають різної суми ефективних температур, значення якої може помітно змінюватися від кліматичної ситуації та біологічних властивостей організму (таб.):

Температурні адаптації тварин

У порівнянні з рослинами тварини мають більш різноманітні можливості регулювати температуру тіла, а саме:

• шляхом хімічної терморегуляції – активною зміною величини теплопродукції підвищенням метаболізму;
• шляхом фізичної терморегуляції – зміною рівня тепловіддачі на основірозвитку теплозахисних покривів, особливими пристроями кровеносної системи, розподілом жирових запасів, особливо у бурій жировій тканині тощо.

Крім того, деякі особливості поведінки тварин також сприяють існуванню їх у мінливих умовах середовища: вибір місця зі сприятливими мікрокліматичними умовами - заривання в пісок, норки, під каміння (тварини спекотних степів і пустель), активність у певний період доби (змії, тушканчики, суслики), спорудження сховищ, гнізд та ін.

Одне з найважливіших прогресивних пристроїв - здатність до терморегуляції організму у ссавців і птахів, їх теплокровність. Завдяки цьому екологічно важливому пристосуванню вищі тварини є відносно незалежними від температурних умов середовища.

Важливе значення підтримки температурного балансу має відношення поверхні тіла до його обсягу, оскільки кількість виробленого тепла залежить від маси тіла, а теплообмін здійснюється через покриви.

На зв'язок розмірів і пропорцій тіла тварин з температурно-кліматичними умовами вказує правило Бергмана, згідно з яким з двох близьких видів теплокровних, що відрізняються розмірами, більший мешкає в холоднішому кліматі, а також правило Аллепа, за яким у багатьох ссавців і птахів північної півкулі відносні розміри кінцівок та інших виступаючих частин (вух, дзьобів, хвостів) збільшуються на південь і зменшуються на північ (для зменшення тепловіддачі в холодному кліматі).

---