Температура как экологический фактор для человека
Окружающая среда оказывает влияние на организмы, обитающие на Земле. Температура, свет, влажность – это экологические факторы среды. Их изменения приводят к смене биологических свойств живых организмов. Меняется география обитания, размножение, питание.
Факторы среды
К экологическим факторам относят условия вокруг, оказывающие воздействие на организмы. Различают абиотические факторы неживой природы и биотические. Биотические факторы – взаимодействие живых организмов, которые влияют на их вид. Также на живые организмы влияют антропогенные факторы – последствия человеческой деятельности.
Живые организмы умеют приспосабливаться к изменениям – это называется адаптацией. Внешний вид организма, отражающий его взаимодействие с окружающей средой, является жизненной формой.
К биотическим экологическим факторам относится температура при условии возникновения особого микроклимата или среды обитания. Физические и химические изменения окружающей среды относятся к абиотическим.
Температура как экологический фактор
Относительное постоянство температуры является основным условием существования живых организмов. Основной источник тепла – солнечное излучение. Физиологические процессы происходят только при определенной температуре.
Воздействие температуры зависит от географического расположения конкретного вида. Климат определяет растения и животных, которые обитают в данной местности. Во Вселенной диапазон температур достаточно большой. Жизнь может существовать только от -200 до + 100 оС. Но большинство видов обитают в гораздо более узком температурном режиме.
Для строения белков требуется температура от 0 до +50 оС. Некоторые организмы могут существовать за этими пределами. Температура как экологический фактор характеризуется сезонными и суточными колебаниями. Изменения температуры, выходящие за диапазон, при котором живые организмы могут существовать, приводит к их массовой гибели. Менее значимое изменение влияет на рост, развитие и поведение многих животных.
Терморегуляции организмов
Свет и температура как экологические факторы влияют на приспосабливаемость живых организмов. Это происходит благодаря биохимическим и физиологическим перестройкам организма и поддержания ими постоянной температуры тела. Различают два вида организмов:
- пойкилотермные;
- гомойотермные.
Пойкилотермные организмы меняют температуру тела в зависимости от окружающей среды. К ним относятся растения, грибы, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и беспозвоночные. Они впадают в оцепенение при низких или слишком высоких температурах.
Гомойотермные умеют поддерживать относительно постоянную температуру тела при изменении условий окружающей среды. Некоторые теплокровные умеют при снижении температуры впадать в оцепенение, при этом их температура тела тоже становится близкой к нулю. Это наблюдается у некоторых птиц и мелких грызунов. Сезонная спячка характерна для медведей, ежей, сусликов и летучих мышей.
Биохимическая адаптация растений
Температура – важнейший экологический фактор для растений. При изменении окружающей среды растения не могут уйти в другую местность, поэтому они приспосабливаются другим образом.
Большинство растений для адаптации к слишком низким или высоким температурам повышают концентрацию сока, накапливают сахара в клетках, снижают теплоотдачу, повышают уровень антоцианов.
При воздействии высококритичных температур в цитоплазме растений увеличивается количество защитных веществ, концентрация органических кислот, солей и слизи. Благодаря этому снижается риск свертывания цитоплазмы и происходит нейтрализация токсичных веществ.
У растений, приспособленных к снижению температуры, накапливаются углеводы, чаще всего глюкоза, в клетках, уменьшается количество воды. Это способствует снижению точки замерзания.
Физиологическая адаптация растений
Изменения температуры, экологического фактора среды, заставляют живые организмы приспосабливаться следующим образом:
- снижение собственных размеров, увеличение репродуктивных органов;
- формирование укороченных побегов;
- сохранение отмерших листьев на кронах;
- опушение побегов;
- покрытие листьев воском;
- оплетение корнями теплых камней;
- погружение части растения в почву.
Также физиологической защитой от изменения температуры является усиленное испарение воды. Такую форму защиты растения используют в жарких влажных районах. В пустынях и степях короткий цикл развития защищает от воздействия высоких температур. Весь цикл происходит весной, а лето растения переживают в состоянии покоя луковиц или корневищ. Мхи и лишайники при высоких температурах впадают в состояние анабиоза.
Морфологическая адаптация растений к температуре
Температура как экологический фактор заставляет растения приспосабливаться к высоким и низким температурам окружающей среды.
В субтропическом и тропическом поясе растения усиливают отражение солнечных лучей. Этому способствует светлая блестящая окраска. Таким образом растения снижают воздействие высокой температуры. Отдельные особи способны уменьшать поверхность, поглощающую свет, за счет колючек, рассеченных или свернутых листьев. Вертикальные листья снижают перегрев растения. Лист может поворачиваться в течение суток, чтобы избежать прямых солнечных лучей.
В холодном климате для сохранения тепла формируются карликовые формы растений. Деревья могут достигать в высоту 50 см. Кусты принимают стелющуюся форму. Высокогорные и арктические растения имеют форму подушки. Они менее чувствительны к ветру, хорошо укрываются под снегом зимой и максимально используют тепло почвы летом.
Биохимические адаптации животных
Такие экологические факторы, как свет, температура, влажность, оказывают влияние на адаптационные механизмы животных. Разнообразие адаптационных факторов появилось благодаря пойкилотермным и гомойотермным организмам.
У хладнокровных животных для исключения замерзания в крови накапливаются так называемые биологические антифризы. Их формирование позволяет понизить точку замерзания и не погибнуть в критических условиях. У рыб вещества называются гликопротеиды, у насекомых накапливается глицерин или высокая концентрация глюкозы.
Теплокровные животные избегают переохлаждения за счет увеличения обмена веществ. Жировые запасы способствуют появлению дополнительной энергии, которая тратится на обогрев организма. У некоторых млекопитающих, например, у бурого медведя, есть особая жировая ткань – бурый жир. Он богат митохондриями и кровеносными сосудами.
Физиологическая адаптация животных к температуре
На процесс адаптации к новым условиям влияет температура как экологический фактор. Кратко процесс можно описать следующими словами: у хладнокровных животных процессы жизнедеятельности зависят от окружающей среды, у теплокровных регулируются внутри организма.
Теплообмен у хладнокровных животных происходит благодаря особенностям кровеносной системы. Сосуды, мышцы и кожа тесно соприкасаются между собой, кровь кожи нагревается и уходит к мышцам, согревая их. Если температура окружающей среды увеличивается, то ускоряется кровоток.
У всех животных перегрев снимается за счет испарения влаги с поверхности тела. У некоторых испарение интенсивнее происходит через слизистые и верхние дыхательные пути. Такой способ присущ теплокровным животным с шерстью.
При снижении температуры окружающей среды животные, в том числе и человек, ощущают мышечную дрожь. Отдельные виды их впадают в спячку. Если животное обладает редкой и короткой шерстью, то терморегуляция происходит посредством расширения и сужения сосудов кожи.
Морфологическая адаптация животных
Температура как экологический фактор оказывает влияние на животных и морфологическую адаптацию. Замечено, что хладнокровные животные тем крупнее, чем ближе к экватору. Теплокровные же – наоборот. Их размер увеличивается по мере приближения к арктическому полюсу.
Чем больше поверхность тела, тем интенсивнее отдача тепла в окружающее пространство. По этой причине южные животные обладают длинными ушами, длинным хвостом и конечностями. Это особенно видно при рассмотрении близких видов грызунов.
Уменьшению потерь тепла способствуют различные покровы тела: у пресмыкающихся – роговый покров, у птиц – перья, у млекопитающих – мех. Сохранению тепла при понижении экологического фактора – температуры воды – у животных севера, обитающих в воде, способствует подкожный жир. Важную роль играет цвет кожного покрова. Светлая окраска тропических животных позволяет избегать перегревания.
Поведенческие адаптации животных
Поведенческие адаптации зависят от температуры как экологического фактора. У хладнокровных животных выделяют следующие типы поведенческих реакции:
- выбор мест с наилучшей температурой;
- смена позы.
Хладнокровные животные отыскивают места, где достаточно солнечного света. После нагрева тела они перемещаются в тень или прячутся в норах. Температуру тела они поддерживают за счет мышечных сокращений.
Теплокровные животные выбирают места для защиты от холода или жары. Характерны массовые скопления животных для поддержания тепла, сезонные миграции, умение создавать норы и зарываться в снег. В норе, вырытой под снегом, температура может быть выше на 15-18 оС, чем вокруг. Для многих животных северных широт характерны запасание корма, спячка и миграция.
Отклонение температуры от нормативных показателей приводит к необратимым последствиям для организма. Поведенческая адаптация характерна только для животных. Растения этот фактор не используют.
Разнообразие температурных условий на Земле
Вегетационный период растений зависит от того, в каком поясе они обитают. В тропическом поясе он длится круглый год, в умеренном – от весны до осени, в полярном поясе Северного полушария – до 2 месяцев.
На полюсе Северного полушария зимняя температура – 71,2 оС. В Южном полушарии наименьшая зафиксированная температура -89,2 оС. Самые жаркие места находятся в Африке, в районе экватора. Температура в тени достигает 58 оС, а почва прогревается до 70-80 оС. В пределах одного пояса проявляются различия температурных условий. Более темные почвы лучше прогреваются. Летом в лесу прохладнее, чем на открытой местности.
Каждый вид живых существ выбирает приемлемый температурный режим. Для одного и того же растения в разный период жизни требуется разное количество тепла.
Источник
Очень высокая температура вызывает денатурацию белка внутри живой клетки. Низкая — определяет превращение воды в кристаллы льда, которые поражают клетку. Тепло выделяется также в результате процесса дыхания в клетках организмов, приходит с лучами солнца, из геотермальных источников.
Группы организмов по способности регулировать температуру тела
1. Пойкилотермные или холоднокровные
Непостоянная температура тела и почти полное отсутствие механизмов терморегуляции. Температура тела незначительно или принципиально не отличается от температуры окружающей среды и изменяется вместе с ней. Примеры: растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др.
2. Гомойотермные или теплокровные
Поддерживают относительно постоянную температуру тела даже при существенных колебаниях температуры окружающей среды. За счёт этого свойства многие виды животных способны жить и размножаться при температуре ниже 0° С (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). Примеры: птицы и млекопитающие.
3. Частный случай гомойотермии — гетеротермия
Температура тела зависит от функциональной активности животного – в период активности они обладают постоянной температурой тела, а в период отдыха или зимней спячки она значительно понижается и мало отличается от температуры окружающей среды (лишь незначительно превышает). Примеры: суслики, барсуки, летучие мыши, ежи, бурые медведи, кенгуру.
Температурные приспособления животных
1. Химическая терморегуляция – изменяет уровень теплопродукции в организме. Например, большой пёстрый дятел зимой переходит на питание семенами ели, которые богаты маслами, насыщенными энергией.
2. Физическая терморегуляция изменяет уровень теплоотдачи организма. Пример — пигвины Адели имеют теплозащиту в виде жира и перьев, американский заяц крупные уши с густой сетью капилляров, способствующие теплоотдаче.
Каким образом организмы оптимизируют потери тепла в процесс эволюции? В чём роль наследственной изменчивости и естественного отбора в этом?
Отношение поверхности тела к его объёму
1. Правило Бергмана — из 2 близких видов теплокровных животных, отличающихся размерами, более крупный вид обитает в холодном климате. По сути, наследственная изменчивость определила формирование крупного размера тела, естественный отбор закрепил его в условиях низких температур.
2. Правила Аллена — у многих млекопитающих и птиц Северного полушария относительные размеры конечностей и других выступающих частей тела (ушных раковин, клювов, хвостов) увеличиваются в пределах их обитания к югу и уменьшается к северу, что необходимо для снижения теплоотдачи в холодном климате. В этом случае также важна роль наследственной изменчивости в изменении размера конечностей. Отбор оставляет те размеры конечностей, которые уменьшают теплоотдачу на холоде.
Типы температурных адаптаций растений
Физиолого-биохимические перестройки — накопление антифризов, изменение набора ферментов, обезвоживание.
Морфологические адаптации — опушение, определённое расположение листьев.
Приспособления растений к низким температурам
1. Зимостойкость — устойчивость к чередованию морозов и оттепелей, образованию ледяной корки, вымоканию. Осенью такие растения сбрасывают листья, почки защищены чешуями. Проявляется на уровне органов растений.
2. Морозоустойчивость — проявляется на уровне клеток и тканей как способность переносить действие низких температур. Например, яблони, озимые злаки, подснежники накапливают для этого в своём составе углеводы.
Состояние покоя
1. Состояние покоя — прекращение роста и снижение жизнедеятельности. Однолетники проходят состояние покоя на стадии семени.
2. Многолетники образуют специальные вещества — ингибиторы для замедления обменных процессов.
Источник
Температура является важнейшим экологическим фактором. Температура оказывает огромное влияние на многие стороны жизнедеятельности организмов их географии распространения, размножения и другие биологические свойства организмов зависящие в основном от температуры. Диапазон, т.е. пределы температур в которых может существовать жизнь, колеблется примерно от -200°С до +100°С, иногда обнаруживается существование бактерии в горячих источниках при температуре 250°С. В действительности, большинство организмов могут существовать при еще более узком диапазоне температур.
Некоторые виды микроорганизмов, главным образом бактерии и водоросли, способны жить и размножаться в горячих источниках при температуре, близкой к точке кипения. Верхний температурный предел для бактерии горячих источников лежит около 90°С. Изменчивость температуры очень важна с экологической точки зрения.
Любой вид способен жить только в пределах определенного интервала температур, так называемые максимальной и минимальной летальной температурами. За пределами этих критических крайних температур, холод или жара, наступает смерть организма. Где-то между ними находится оптимальная температура, при которой жизнедеятельность всех организмов, живого вещества в целом идет активно.
По толерантности организмов к температурному режиму они делятся на эвритермные и стенотермные, т.е. способные переносить колебание температуры в широких пределах или узких пределах. Например, лишайники и многие бактерии могу жить при различной температуре, или орхидеи и другие теплолюбивые растения тропических поясов — являются стенотермными.
Некоторые животные способны поддерживать постоянную температуру тела, не зависимо от температуры окружающей среды. Такие организмы называются гомойтермными. У других животных температура тела меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Их называют пойкилотермными. В зависимости от способа адаптации организмов к температурному режиму они делятся на две экологические группы: криофиллы — организмы приспособленные к холоду, к низким темпера турам; термофилы — или теплолюбивые.
Первоначально все организмы были водными. Завоевав сушу, не утратили зависимости от воды. Составной частью всех живых организмов является вода. Влажность — это количество водяного пара в воздухе. Без влажности или воды нет жизни.
Влажность – это параметр характеризующий содержание водяного пара в воздухе. Абсолютная влажность – это количество водяного пара в воздухе и зависит от температуры и давления. Это количество называется относительной влажностью (т.е. соотношение количества водяного пара в воздухе к насыщенному количеству пара при определенных условиях температуры и давления.)
В природе существует суточный ритм влажности. Влажность колеблется по вертикали и горизонтали. Этот фактор наряду со светом и температурой играет большую роль в регулировании активности организмов и их распространении. Влажность изменяет и эффект температуры.
Важным экологическим фактором является иссушение воздуха. Особенно для наземных организмов, имеет огромное значение иссушающие действие воздуха. Животные приспосабливаются, передвигаясь в защищенные места и активный образ жизни ведут ночью.
Растения поглощают воду из почвы и почти полностью (97-99%) испаряется через листья. Этот процесс называется транспирацией. Испарение охлаждает листья. Благодаря испарению идет транспорт ионов, через почву к корням, транспорт ионов между клетками и т.д.
Определенное количество влажности совершенно необходима для наземных организмов. Многие из них для нормальной жизнедеятельности нуждаются в относительной влажности 100%, и наоборот организм находящийся в нормальном состоянии, не может жить долгое время в абсолютно сухом воздухе, ибо он постоянно теряет воду. Вода есть необходимая часть живого вещества. Поэтому потеря воды в известном количестве приводит к гибели.
Растения сухого климата приспосабливается морфологическими изменениями, редукцией вегетативных органов, особенно листьев.
Наземные животные также приспосабливаются. Многие из них пьют воду, другие всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии. Например, большинство амфибий, некоторые насекомые и клещи. Большая часть животных пустынь никогда не пьет, они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступившей с пищей. Другие животные получает воду в процессе окисления жиров.
Вода для живых организмов совершенно необходима. Поэтому организмы распространяются по местообитанию в зависимости от своих потребностей: водные организмы в воде живут постоянно; гидрофиты могут жить только в очень влажных средах.
С точки зрения экологической валентности гидрофиты и гигрофиты относятся к группе стеногигров. Влажность сильно влияет на жизненные функции организмов, например, 70% относительная влажность была очень благоприятным для полевого созревания и плодовитости самок перелетной саранчи. При благоприятном размножении они причиняют огромный экономический урон посевам многих стран.
Для экологической оценки распространения организмов пользуются показателем сухости климата. Сухость служит селективным фактором для экологической классификации организмов.
Таким образом, в зависимости от особенностей влажности местного климата виды организмов распределяются по экологическим группам:
1. Гидатофиты — это водные растения.
2. Гидрофиты — это растения наземно-водные.
3. Гигрофиты — наземные растения живущие в условиях повышенной влажности.
4. Мезофиты — это растения, произрастающие при среднем увлажнении
5. Ксерофиты — это растения произрастающие с недостаточным увлажнением. Они в свою очередь делятся на: суккуленты — сочные растения (кактусы); склерофиты — это растения с узкими и мелкими листьями, и свернутыми в трубочки. Они также делятся на эуксерофиты и стипаксерофиты. Эуксерофиты — это степные растения. Стипаксерофиты — это группа узколистных дерновинных злаков (ковыль, типчак, тонконог и др.). В свою очередь мезофиты также делятся на мезогигрофиты, мезоксерофиты и т.д.
Уступая по своему значению температуре, влажность относится тем не менее к основным экологическим факторам. На протяжении большей части истории живой природы органический мир был представлен исключительно водными нормами организмов. Составной частью огромного большинства живых существ является вода, и для осуществления размножения или слияния гамет почти все они нуждаются в водной среде. Сухопутные животные вынуждены создавать в своем теле искусственную водную среду для оплодотворения, а это приводят к тому, что последнее становится внутренним.
Влажность – это количество водяного пара в воздухе. Его можно выразить в граммах на кубический метр.
Источник