§ 6. Температура как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойотермные организмы
- Вспомните, какую роль играет температура среды в жизни разных организмов.
- Как вы думаете? Почему при продвижении с юга на север размеры тела животных, как правило, увеличиваются, а высота растений уменьшается?
- Вы узнаете, почему температура является одним из лимитирующих факторов, какие организмы называются пойкилотермными, а какие — гомойотермными, как они реагируют на изменение температуры среды.
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | § 6. Температура как экологический фактор. Пойкилотермные и гомойотермные организмы |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Четверг, 10 Апрель 2025, 19:38 |
*Температура как абиотический фактор среды
В природе температура непостоянна. На суше она является одним из важных лимитирующих факторов среды. Влияние температуры на большинство организмов проявляется в регулировании биохимических и физиологических процессов жизнедеятельности. При сильном понижении температуры осуществление жизненных функций организма становится невозможным из-за резкого замедления обмена веществ. При повышении температуры скорость обменных процессов повышается до достижения определенной температуры, при высоких температурах (выше 45 °C) обмен веществ прекращается, и наступает гибель организма. Температура может также влиять на характер поведения, географическое распределение организмов. Для температурного фактора характерны широкие географические, сезонные и суточные колебания. Пределами выносливости для любого вида являются температуры, которые приводят к необратимому нарушению процессов жизнедеятельности. Диапазон переносимых температур у разных видов сильно варьирует. Например, споры ряда микроорганизмов выдерживают охлаждение до –200 °C. Большинство вегетативных форм прокариот погибает при температуре +60 °C. Однако имеются термофильные бактерии, для которых минимальная температурная граница роста равна +60 °C, а максимальная — до +110 °C (так называемые экстремальные термофилы из гидротермальных источников на дне океанов). Для большинства эукариот верхняя граница температурного диапазона, как правило, не выходит за пределы +50 °C.
Диапазон колебаний температуры в воде значительно меньше, чем на суше, соответственно и пределы выносливости по отношению к колебаниям температуры у водных организмов ýже, чем у наземных. Однако, как для водных, так и для наземных обитателей наиболее оптимальной является положительная температура преимущественно в пределах 15—40 °C.
*Пойкилотермные и гомойотермные организмы
По способности регулировать температуру тела при изменении температуры внешней среды организмы разделяют на две группы: пойкилотермные и гомойотермные.
Пойкилотермными (от греч. poikίlos — различный, переменчивый и thérmē — тепло) называются организмы, температура тела которых непостоянна и изменяется одновременно с изменением температуры внешней среды. У них почти полностью отсутствуют механизмы терморегуляции. Температура тела пойкилотермных организмов обычно на 1—2 °C отличается от температуры внешней среды или равна ей. К ним относятся бактерии, протисты, грибы, растения, беспозвоночные животные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся.
В условиях пониженной температуры среды обитания пойкилотермные организмы впадают в состояние анабиоза, характеризующееся отсутствием активности и минимальной интенсивностью обменных процессов. Тем не менее такие организмы обладают способностью противодействовать сдвигам температуры тела при колебаниях температуры окружающей среды. В основном это может достигаться за счет целенаправленного избегания воздействия более высоких или более низких температур путем выбора (если есть возможность) более холодной или более теплой среды. Например, змеи выползают на прогретые скалы, ящерицы — на стволы деревьев с солнечной стороны, лягушки — на теплые камни, листья. Для многих организмов характерно проявление активности или принятие определенной позы в зависимости от времени суток.
У насекомых во время полета за счет работы крыльев генерируется энергия, и температура тела может быть на 15—20 °С выше температуры окружающей среды. А у шмелей в горах на Кавказе было отмечено повышение температуры тела до 38—40 °C при температуре воздуха 4—8 °C. Общественные насекомые образуют скопления (муравейники, термитники), внутри которых может поддерживаться температура, значительно превышающая температуру окружающей среды.
Гомойотермными (от греч. hómoios — подобный и thérmē — тепло) называются организмы, способные поддерживать относительно постоянную температуру тела даже при существенных изменениях температуры внешней среды.
У гомойотермных животных чрезвычайно высокая сопротивляемость перегреванию была блестяще продемонстрирована около двухсот лет назад в опыте доктора Ч. Блэгдена в Англии. Вместе с несколькими друзьями и собакой он провел 45 мин в сухой камере при температуре +126 °C без последствий для здоровья. В то же время кусок мяса, взятый в камеру, оказался сваренным, а холодная вода, испарению которой препятствовал слой масла, нагрелась до кипения.
Постоянство температуры тела носит название изотермии. За счет этого свойства некоторые виды млекопитающих и птиц способны жить и размножаться при температурах значительно ниже 0 °C (олень северный, медведь белый, ластоногие, пингвины). Изотермия свойственна только гомойотермным организмам. К ним относятся птицы и млекопитающие (в том числе человек). Гомойотермные организмы способны сохранять активность в широком диапазоне температур, поэтому, как правило, имеют преимущество в пространственном расселении по сравнению с пойкилотермными организмами. Они смогли освоить практически все места обитания на земном шаре.
У гомойотермных животных при продвижении с юга на север средние размеры тела увеличиваются (правило Бергмана). Например, волк полярный — самый крупный из всех волчьих, медведь белый — из всех медвежьих, росомаха — из всех куньих, лось — из всех парнокопытных, глухарь — из всех тетеревиных. Объясняется это тем, что при увеличении размеров тела поверхность тела относительно его объема уменьшается, что снижает теплоотдачу.
В то же время выступающие части тела (уши, хвосты) у гомойотермных животных при продвижении с юга на север уменьшаются (правило Аллена). Например, самый южный и хорошо приспособленный к пустынной жизни представитель семейства псовых — фенек — при длине тела 30—40 см имеет уши длиной 15 см. Тогда как у лисицы, обитающей в умеренном поясе, уши гораздо меньше. И совсем небольшие уши имеет песец, средой обитания которого является тундра. Объясняется это тем, что чем меньше выступающие части тела, тем меньше поверхность тела, через которую уходит тепло. Для северных животных это выгодно, поэтому уши и хвосты у них маленькие. Для южных обитателей, наоборот, удобно иметь большую поверхность выступающих частей тела, чтобы повысить теплоотдачу.
Все ли гомойотермные животные всегда способны поддерживать постоянную температуру тела? Известно, что при резком снижении температуры среды некоторые виды млекопитающих и птиц способны впадать в оцепенение, внешне сходное с холодовым оцепенением пойкилотермных животных. При этом температура их тела значительно снижается и мало отличается от температуры окружающей среды. Нерегулярное оцепенение наблюдается у ласточек, стрижей, колибри, многих грызунов, некоторых сумчатых в связи с резким похолоданием, дождями или снегопадами. Сезонное оцепенение, которое принято называть зимней спячкой, характерно для сурков, сусликов, ежей, белок, летучих мышей, бурых медведей.
Вышеназванные виды птиц и млекопитающих выделяют в отдельную группу гетеротермных животных (от греч. héteros — иной, другой, thérmē — тепло). При благоприятных условиях существования они обладают способностью к изотермии, а при внезапном понижении температуры внешней среды, недостатке пищи и воды эти организмы теряют такую способность и ведут себя как пойкилотермные.
*Повторим главное. Температура может оказывать лимитирующее действие на организмы вследствие влияния на скорость процессов жизнедеятельности. Диапазон переносимых температур у разных видов сильно варьирует. По способности регулировать температуру тела при изменении температуры внешней среды организмы разделяют на пойкилотермных и гомойотермных. У пойкилотермных организмов почти полностью отсутствуют механизмы терморегуляции, и температура тела изменяется одновременно с изменением температуры внешней среды. Гомойотермные организмы способны поддерживать относительно постоянную температуру тела в широком диапазоне изменений температуры среды. Такое явление называется изотермией. Среди гомойотермных существует небольшая группа организмов, которые при резком похолодании не способны к изотермии. Их называют гетеротермными организмами.
Проверим знания
Ключевые вопросы
*1. В чем заключается ограничивающее действие температуры на жизнь организмов? Каковы максимальные значения переносимых температур для прокариот и эукариот?
*2. Какие организмы называют гетеротермными? Почему?
*3. Выберите пойкилотермные организмы из предложенного перечня: тритон, червь дождевой, аист, черепаха, кит, спирогира, улитка виноградная.
*4. Укажите, какие из перечисленных животных являются гомойотермными: лягушка, заяц, дельфин, акула, крокодил, лошадь, саламандра, олень, волк.
Сложные вопросы
*1. Почему при продвижении с юга на север у животных увеличиваются размеры выступающих частей тела? Приведите аргументированные доказательства.
*2. Как известно, слон и бегемот имеют крупные размеры тела, но живут на юге, что противоречит правилу Бергмана. Как это объяснить?
*Индивидуальное домашнее задание. Составьте перечень организмов, обитающих в районе вашего проживания. С помощью литературных источников установите их систематическую принадлежность и разделите на пойкилотермных и гомойотермных.