Тепло как ограничивающий фактор. Адаптации к экстремально высоким и низким температурам.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические, поведенческие и т. д.

Адаптации к высоким температурам – увеличение теплоотдачи за счет усиления испарения

- снижение обмена веществ (у растений сокращение листовой поверхности)

- состояние покоя

- этологические реакции животных

- миграции

Адаптации к низким температурам Растения:

- Накопление сахаров в клеточном соке, что снижает температуру замерзания

- Листопад

- Поверхностные ткани являются плохими проводниками тепла (одревесневшие, кроющие почечные чешуи, опушение)

- Стелющиеся жизненные формы

Животные:

Морфологические адаптации Правило Бергмана – В наиболее холодных климатах при прочих сходных экологических условиях виды гомойотермных животных, принадлежащих к определенной систематической группе, имеют более крупные размеры.

Чем крупнее животное и чем меньше отношение поверхность/объем, тем меньше потери тепла через теплоотдачу. Наиболее выгодна форма шара.

Примеры: Пингвины – Самый крупный вид Aptenodytes forsteri имеет размеры 1,2 м и 34 кг, обитает на побережье Антарктического материка, редко за пределами 61 ͦ ю.ш.

- Самый мелкий вид Spheniscus mendiculus имеет размер 50 см, обитает на Галапагосских островах под самым экватором

Правило Аллена (следствие правила Бергмана) – у млекопитающих холодного климата уменьшается поверхность ушей и хвоста, шея и лапы становятся короче

Пример: - лисица фенек (жаркие пустыни)

- рыжая лисица (умеренные широты) – песец

- полярная лисица (полярные широты)

Адаптации пойкилотермных животных к низким температурам

Прогрессирующее обезвоживание и увеличение осмотического давления внутренних жидкостей тела, что снижает точку замерзания (хирономиды Арктики)

Снижение уровня обменных процессов (насекомые): при 0 ͦ запасов хватает на 10 дней, при – 23 ͦ на 1000 дн.

Накопление в организме животных веществ «антифризов»: у насекомых глицерин, образующийся из гликогена, снижает температуру замерзания до – 20 ͦ; у рыб (треска) образуется триметиламин (тот же эффект).

Этологические адаптации к экстремальным температурам

Клоп-солдатик весной концентрируется на участках пней, зданий и пр.

Рыжий муравей Formica rufa затыкает на ночь входные отверстия в гнездо сосновыми иглами, что сохраняет температуру от 23 ͦ до 29 ͦ, т.е. на 10 ͦ выше, чем окружающая среда.

Изменение суточного ритма жизни (ночной образ)

Миграции

Растения не имеют собственной температуры тела и по отношению к тепловому фактору обладают определенной спецификой. Одно из важнейших приспособлений к температуре у растений — форма их роста. Там, где тепла мало — в Арктике, в высокогорье, много подушковидных растений, растений с прикорневыми розетками листьев, стелющихся форм. Сильные холода и чрезвычайная жара нередко ограничены во времени, и растения избегают их воздействия, сбрасывая чувствительные части, или редуцируют свое вегетативное тело до подземных многолетних органов. При наступлении благоприятных условий они вновь образуют надземные органы. Особенно чувствительны к низким температурам (холоду) репродуктивные органы — зачатки цветков в зимующих почках и завязи в цветках.

Распространена у растений жарких мест способность впадать в состояние вынужденного покоя.

У животных морфологические адаптации к температуре прослеживаются четко. Под действием теплового фактора у животных формируются такие морфологические признаки, как отражательная поверхность тела, пуховой, перьевой и шерстный покровы у птиц и млекопитающих, жировые отложения. Большинство насекомых в Арктике и высоко в горах имеет темную окраску. Это способствует усиленному поглощению солнечного тепла.

Третье правило (носит название правила Глогера) гласит, что окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в тёплом и влажном.

Биохимическая адаптация живых организмов к температуре проявляется прежде всего в изменении физико-химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях.

Важным приспособлением к низким температурам является и отложение запасных питательных веществ в виде высокоэнергетических соединений — жира, масла, гликогена и др. Многие животные к зиме накапливают жир. Подкожный жировой слой обеспечивает им теплоизоляцию. У ряда животных в выступающих или поверхностных частях тела (лапы некоторых птиц, ласты китов) есть замечательное приспособление под названием «чудесная сеть». Это сплетение сосудов, в котором вены тесно прижаты к артериям. На основе физиологических процессов многие организмы способны в определенных пределах менять температуру своего тела. Эта способность называется терморегуляцией.

У животных есть разнообразные поведенческие адаптации к температуре. Они проявляются в перемещениях животных в места с более благоприятными температурами (перелеты, миграции), в изменениях сроков активности, сдвигая ее на более светлое время суток и т. Д

При всем многообразии приспособлений живых организмов к воздействию неблагоприятных температурных условий среды выделяют три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных температурных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность осуществления жизненных функций организма, несмотря на отклонения температур от оптимума.

Пассивный путь — это подчинение жизненных функций организма ходу внешних температур.

Избегание неблагоприятных температурных воздействий — общий способ для всех организмов. Выработка жизненных циклов, когда наиболее уязвимые стадии развития проходят в самые по температурным условиям благоприятные периоды года. Для растений это главным образом изменения в ростовых процессах, для животных — разнообразные формы поведения