Влияние температуры на человека и животных

Влияние температуры на организмы

Температура — важнейший из ограничивающих (лимитирующих) факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная летальные температуры, за пределами которых вид смертельно поражают жара или холод (рис. 2.3). Если не принимать во внимание некоторые уникальные исключения, все живые существа способны жить при температуре между 0 и 50 °С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток.

На рис. 2.3 показаны температурные пределы жизни видовой группы, популяции. В «оптимальном интервале» организмы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и численность популяции растет. К граничным участкам температурного предела жизни — «пониженной жизнедеятельности» — организмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем похолодании в пределах «нижней границы стойкости» или увеличении жары в пределах «верхней границы стойкости» организмы попадают в «зону смерти» и погибают.

ddd

Этим примером иллюстрируется общий закон биологической стойкости (по Ламотту), применимый к любому из важных лимитирующих факторов. Величина «оптимального интервала» характеризует «величину» стойкости организмов, т. е. величину их толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».

Адаптационные процессы у животных по отношению к температуре привели к появлению пойкилотермных и гомой-отермных животных. Подавляющее большинство животных являются пойкилотермными, т. е. температура их собственного тела меняется с изменением температуры окружающей среды: земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и др. Значительно меньшая часть животных — гомойотермные, т. е. имеют постоянную температуру тела, независимую от температуры внешней среды: млекопитающие (в том числе и человек), имеющие температуру тела 36—37 °С, и птицы с температурой тела 40 °С.

Активную жизнь при температуре ниже нуля могут вести только гомойотермные животные. Пойкилотермные хотя выдерживают температуру значительно ниже нуля, но при этом теряют подвижность. Температура порядка 40 °С, т. е. даже ниже температуры свертывания белка, для большинства животных предельна.

Не меньшее значение температура играет в жизни растений. При повышении температуры на 10 ° С интенсивность фотосинтеза увеличивается в два раза, но лишь до 30—35 °С, затем его интенсивность падает, и при 40—45 °С фотосинтез вообще прекращается. При 50 °С большинство наземных растений погибает, что связано с интенсификацией дыхания растений при повышении температуры, а затем его прекращения при 50 °С.

Температура влияет и на ход корневого питания у растений: этот процесс возможен лишь при условии, когда температура почвы на всасывающих участках на несколько градусов ниже температуры наземной части растения. Нарушение этого равновесия влечет за собой угнетение жизнедеятельности растения и даже его гибель.

Известны морфологические приспособления растений к низким температурам, так называемые жизненные формы растений, которые, например, можно выделить по положению почек возобновления растительных видов по отношению к поверхности почвы и к защите, которую они получают от снежного покрова, лесной подстилки, слоя почвы и т. п. Вот некоторые из форм (по Раункеру): эпифиты — растут на других растениях и не имеют корней в почве; фанерофиты (деревья, кустарники, лианы) — их почки остаются над поверхностью снега и нуждаются в защите покровными чешуйками; криптофиты, или геофиты, теряют всю видимую растительную массу и прячут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах, скрытых в почве; терофиты — однолетние растения, отмирающие с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь их семена или споры.

Морфологические адаптации к климатическим условиям жизни, и прежде всего к температурным, наблюдаются также у животных. Жизненные формы животных одного вида, например, могут сформироваться под воздействием низких температур, от -20 до -40 °С, при которых они вынуждены накапливать питательные вещества и увеличивать массу тела: из всех тигров самый крупный амурский тигр, живущий в наиболее северных и суровых условиях. Эта закономерность именуется правилом Бергмана: у теплокровных животных размер тела особей в среднем больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала распространения вида.

Но в жизни животных гораздо большее значение имеют физиологические адаптации, простейшей из которых является акклиматизация — физиологическое приспособление к перенесению жары или холода. Например, борьба с перегревом путем увеличения испарения, борьба с охлаждением у пойки-лотермных животных путем частичного обезвоживания своего тела или накопления специальных веществ, понижающих точку замерзания, у гомойотермных — за счет изменения обмена веществ.

Существуют и более радикальные формы защиты от холода — миграция в более теплые края (перелеты птиц; высокогорные серны на зиму переходят на более низкие высоты, и др.), зимовка — впадение в спячку на зимний период (сурок, белка, бурый медведь, летучие мыши: они способны понижать температуру своего тела почти до нуля, замедляя метаболизм и, тем самым, трату питательных веществ).

Большинство животных зимой находится в неактивном состоянии, а насекомые — вообще в неподвижном, остановившись в своем развитии. Это явление называют диапаузой, и она может наступать на разных стадиях развития насекомых — яйца, личинки, куколки и даже на стадии взрослой особи (бабочки, например).

Но многие организмы умеренных широт в этот период ведут активный образ жизни (волки, олени, зайцы и др.), а некоторые даже размножаются (королевские пингвины и др.).

Таким образом, температура, являясь важнейшим лимитирующим фактором, оказывает весьма существенное влияние на адаптационные процессы в организмах и популяциях наземновоздушной среды.

Источник

Высокая температура в сочетании с повышенной влажностью и малой скоростью воздуха обуславливают гипертермию. При низкой температуре, скорости движения воздуха и повышенной влажности возникает гипотермия. Неблагоприятное действие высокой температуры на организм можно нивелировать, повышая скорость движения воздуха и снижая его влажность. Низкая температура переносится животными легче при пониженных влажности и скорости движения воздуха.

В соответствии с изменением температуры воздуха помещений вступают в действие механизмы физической и химической терморегуляции. Однако они не безграничны; нарушение теплового равновесия влечет за собой изменения физиологического состояния животных, снижение их устойчивости к болезням и продуктивности.

Функциональные расстройства организма или его гибель возможны при воздействии как крайне высокой, так и низкой температуры воздуха. Взрослые сельскохозяйственные животные больше приспособлены к низкой температуре, чем к высокой. Обмен веществ протекает более напряженно при высокой температуре. Влияние ее тем сильнее, чем ближе она к температуре тела.

В зависимости от изменения теплопродукции в организме животных различают четыре зоны: нижнюю (повышенного обмена); теплового безразличия; пониженного обмена; верхнюю – повышенного обмена. Температура окружающей среды, при которой обмен веществ и теплопродукции минимальны, а физиологические функции органов и систем организма животного не напряжены, называют зоной теплового безразличия (термонейтральной зоной) или зоной комфорта.

Нижнюю и верхнюю точки термонейтральной зоны называют критическими температурами. При температуре воздуха ниже нижней критической (в так называемой нижней зоне) повышаются обмен веществ и теплопродукция. Уровень нижней критической температуры у животных зависит от возраста, упитанности и состояния шерстного покрова, а также от влажности и скорости движения воздуха. Так, у хорошо упитанных высокопродуктивных коров ее считают равной 3 градуса С, а у животных с низкой упитанностью она на 2-5 градуса С и выше.

При воздействии повышенной температуры у животных повышается отдача теплоты (расширяются кровеносные сосуды кожи, усиливается частота пульса и дыхания, деятельность потовых желез, испарение влаги с кожных покровов), ограничивается движение, снижается аппетит, перевариваемость корма и усвоение питательных веществ. На этой стадии температура тела все еще находиться в пределах нормы, но уже появляются признаки отрицательного воздействия высокой температуры: падают молочная продуктивность, приросты живой массы тела у молодняка, ухудшаются показатели резистентности организма. Например, при температуре воздуха в помещении 25С у коров удои снижаются на 17 %, при 30С – на 33 %, при 35С – на 56 %.

По данным ВИЭВ, лучшие показатели резистентности были отмечены при выращивании телят в условиях комплекса при температуре воздуха 15-17С. При повышении температуры до 24-25С замедлялось действие факторов клеточной и гуморальной защиты организма, повышалась заболеваемость телят (поражения легких и желудочно-кишечного тракта), снижались среднесуточные приросты живой массы (на 200-500 г).

При длительном воздействии высокой температуры механизмы теплоотдачи не в состоянии обеспечить удаление излишков теплоты, и температура тела повышается, что приводит к нарушению функции центральной нервной системы, обмена веществ (в организме скапливаются недоокисленные продукты, в кровь поступают токсические вещества), руминаторной и секреторной деятельности отделов желудочно-кишечного тракта, печени, эндокринных желез. В результате перегрева наблюдаются угнетение ферментативной и бактерицидной функции желез желудочно-кишечного тракта, снижение сопротивляемости слизистой оболочки кишечника к воздействию бактерий, общее ослабление защитных сил организма. При чрезмерном воздействии высокой температуры наступает коматозное состояние с угнетением центров дыхания и сердечно- сосудистой деятельности, приводящее к тепловому удару и смерти. Эти явления отмечают у сельскохозяйственных животных при перевозке летом в закрытых вагонах и трюмах, длительном содержании в загонах без теневых навесов, в плохо вентилируемых и безоконных помещениях.

На практике чаще встречается хронический перегрев животных. Температура тела в этих случаях сохраняется в пределах нормы, но процессы терморегуляции находятся в постоянном напряжении: температура кожи повышается, усиливаются гиперемия и потоотделение, учащаются пульс и дыхание, снижается продуктивность. При этом возможно возникновение не только незаразных, но и инфекционных заболеваний.

Высокая температура воздуха (30 градусов С и более) оказывает отрицательное влияние на воспроизводительные функции животных. У быков и хряков – производителей нарушается развитие зародышевого эпителия в семенниках, ухудшается качество (подвижность спермиев, повышается число морфологически ненормальных спермиев) и снижается количество спермы (уменьшается концентрация спермиев в 1 мл эякулята).

Под влиянием низкой температуры сокращаются гладкие мышечные волокна кожи, от чего покровный волос животного поднимается. В результате в шерстном покрове увеличивается количество воздуха, что повышает теплозащитные свойства. Низкая температура вызывает сужение кровеносных сосудов кожи, что в значительной степени (иногда до 70 %) снижает теплоотдачу с поверхности тела животного. Это рефлекторная реакция экстерорецепторов кожи на раздражение холодом. Кроме того, у животных уменьшается площадь открытой поверхности тела, они съеживаются, горбятся, свертываются в клубок. При недостаточности эти компенсаторных механизмов в действие вступают механизмы срочной мобилизации теплоты: животные начинают энергично двигаться, активизируется терморегуляторный тонус всех мышц, затем появляется рефлекторная дрожь за счет сокращения мышц кожи и мышечная дрожь. В результате активизации терморегуляторного мышечного тонуса газообмен повышается на 30-50 %.

Если низкая температура держится в течение длительного периода, отдача теплоты может настолько превысить его образование, что организм не в состоянии поддерживать температуру тела на нормальном уровне и тогда наступает его переохлаждение – гипотермия. В результате нарушения кровообращения (сосуды суживаются) температура тела падает и даже наступает омертвение отдельных участков (хвост, уши, особенно у свиней). Кроме того, появляется озноб, пульс замедляется, дыхание становится поверхностным, отмечается гиперемия внутренних органов, в легких развиваются экссудативные явления, повреждается эпителий (что способствует беспрепятственному проникновению бактерий и появлению простудных заболеваний), снижается выработка антител, регистрируются ревматические воспаления суставов, мышц, вымени и т. д.

Простудные заболевания наблюдаются чаще всего у плохо упитанных животных, находящихся длительное время без моциона, а также у животных, находящихся на сквозняках.

При действии крайне низкой температуры различают две стадии ответной реакции организма: стадию защитных приспособлений и стадию угнетения, характеризующуюся замедлением всех физиологических функций, падением ректальной температуры (до 30С), кровяного давления, развитием параличей и смертельным исходом.

Умеренное снижение температуры воздуха приводит к лучшей поедаемости корма, активизации деятельности желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы, биотонуса организма и повышению его резитентности. В условиях полноценного обильного кормления снижение температуры воздуха в определенном диапазоне тренирует организм, помогает приспособиться к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Однако при этом расход корма на единицу продукции увеличивается, что экономически нецелесообразно. Следовательно, от умелого сочетания условий содержания м кормления во многом зависят уровень оплаты животными кормов, их здоровье и продуктивность.

При продолжительном воздействии низкой температуры на телят установлено снижение выработки антител, уменьшение количества лейкоцитов и их фагоцитарной активности. Неудовлетворительные условия температурного режима в телятнике сказались и в последующем, когда прямого воздействия неблагоприятных факторов на организм уже не было. Так, при снижении температуры воздуха в помещении с 12-14 до 5-6С в течение 7 дней у телят отмечали уменьшение количества фагоцитирующих нейтрофилов на 41 %, комплементарной и лизоцимной активности сыворотки крови на 18 и 28 %. Через 2 недели на этом фоне была зарегистрирована вспышка массовых респираторных болезней телят.

На животных оказывает влияние не только температура воздуха, но и температура ограждающих конструкций помещения и особенно полов. Следует учитывать, что коровы в течение суток лежат 12-14 ч, телята- 14-16, свиньи – 17-20 ч. Чем холоднее пол и больше разность температур между полом и телом животного и чем больше поверхность соприкосновения, тем выше теплоотдача за счет проведения. Затраты тепловой энергии на прогрев пола в течение 12 часов составляет примерно 420 кДж/ч, что соответствует энергетической ценности почти 2 л молока. Следовательно, животные, вместо того чтобы превратить энергию корма в продукцию, вынуждены расходовать ее на согревание пола. При содержании молочных коров в помещениях с температурой среды значительно ниже допустимого уровня, при неизменном кормлении отмечают потери удоев (до 1 кг на 1 голову в день, или на 10-15 % годовых удоев). Поэтому регулирование теплового комфорта – основа для создания энергоресурсосберегающих режимов кормления и содержания сельскохозяйственных животных. [7]

Источник

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.

разница температур

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

адаптация рыб

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.

хладнокровные животные

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.

адаптация животных

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.

белые медведи

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