Активность организмов и температура

В ходе эволюционного развития различные виды, в силу своих возможностей, адаптировались к внешним условиям, меняя внешний облик, внутреннее строение, приобретая навыки и индивидуальные особенности, которые помогли выжить.
В результате проведенного литературного обзора было изучено влияние температуры на активность живых организмов при поэтапном рассмотрении поставленных задач. Были изучены:
• закономерности изменений в результате воздействия температуры;
• биоклиматический закон А. Холкинса, правило Вант-Гоффа, правило Бергмана, правило Аллена в рамках изучения температурного влияния на жизнедеятельность живых организмов;
• химическая и физическая терморегуляции;
• адаптация растений и животных к низким и высокимтемпературам.
В качестве прикладного раздела изучены светолюбивые растения сте ...

Введение 3
1 Основной раздел 5
1.1 Закономерности температурного влияния 5
1.1.1 Биоклиматический закон А. Холкинса 5
1.1.2 Правило Вант-Гоффа 9
1.1.3 Правило К. Бергмана 10
1.1.4 Правило Дж. Аллена 11
2 Тепловой преферендум 12
2.1 Стенотермные и эвритермные виды 15
2.2 Терморегуляция 18
2.3 Адаптация к различным температурам у растений и животных 20
2.3.1 Адаптация к низким температурам у растений и животных 22
2.3.2 Адаптация к высоким температурам у растений и животных 26
3 Прикладной раздел 28
3.1 Характеристика светолюбивых растений степной зоны, занесенных в красную книгу Краснодарского Края 28
Заключение 32
Список использованной литературы 33

Тепловой режим – важнейший фактор жизнеобеспечения живого организма, который обуславливает все физиологические процессы. Главный источник тепла – солнечное излучение, сила и характер которого влияют на видовое распространение живых организмов, которым приходится приспосабливаться к различным вариациям экологических факторов.
Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы жизнедеятельности возможны лишь на определенном тепловом фоне, определяемом количеством тепла и продолжительностью его действия.
Границами существования жизни являются температурные условия, при которых, не происходит денатурации, белков, необратимого изменения коллоидных свойств цитоплазмы, нарушения активности ферментов, дыхания.
Представители большинства видов живых орг анизмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит, прежде всего, от тепла, поступающего извне, а температура тела — от величины температуры окружающей среды.
Температурная адаптация весьма вариативна, так как будучи фактор внешней среды она связана и с действием других факторов, которые могут усиливать эффект воздействия температуры или же, напротив, уменьшать его значение. Компоненты внешней природной среды обладают комплексным влиянием[1].
Абиотические факторы – это компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. В соответствии с имеющейся классификацией выделяют следующие абиотические факторы: климатические, эдафические (почвенные), орографические или топографические, гидрографические (водная среда), химические (таблица 1). Одними из важнейших абиотических факторов являются свет, температура, влажность.
Целью данной работы является изучение влияния температуры на активность живых организмов.
Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:
1. Изучить закономерности изменений в результате воздействия температуры.
2. Рассмотреть биоклиматический закон А. Холкинса, правило Вант-Гоффа, правило Бергмана, правило Аллена в рамках изучения температурного влияния на жизнедеятельность живых организмов.
3. Изучить процесс терморегуляции и адаптации растений и животных к различным температурным режимам, в том числе при его изменениях.
4. Охарактеризовать светолюбивые растения степной зоны, занесенные в красную книгу Краснодарского Края.

Снижении температуры тела насекомого за пределы нижнего порога организм впадает в состояние холодового оцепенения, или депрессии. За верхним пределом насекомые впадают в тепловое оцепенение. При изучении влияния температуры на организм насекомых выявлены некоторые общие закономерности, характеризующие его состояние при разных температурах. Схематически выделяется 6 градаций, или температурных зон, характеризуемых определенным поведением и физиологическими процессами, протекающими насекомых в их пределах. В пределах верхней смертельной зоны после короткого периода возбуждения наступает смерть вследствие инактивации ферментов и коагуляции белков протоплазмы.Верхняя сублетальная зона характеризуется тем, что в ее пределах при известном сочетании интенсивности темп и продолжительности ее воздействия возможно выживание насекомых. Зона активной жизнедеятельности (витальная) содержит оптимум развития, ниже и выше которого имеется область пониженной жизнедеятельности организма. Оптимум характеризуется умеренной скоростью развития при минимальной затрате энергии и при наименьшем вымирании, а также наибольшей продолжительности существования взрослой фазы насекомого и высокой плодовитости. Зона температурного оптимума специфична для каждого вида и фазы развития. Нижняя сублетальная зона — это зона холодового оцепенения и переживания, а нижняя летальная зона характеризуется замерзанием и кристаллизацией жидкости тела и повреждением протоплазмы. В определенных пределах эти явления вызывают смерть. В зоне витрификации или анабиоза возможно затвердевание живой протоплазмы. Здесь достигается полная приостановка процессов обмена с потенциальным сохранением жизни и возможности его последующего восстановления. Каждому насекомому для его развития необходимо определенное количество тепловой энергии, называемое суммой эффективных температур [11].Следует отметить, что тепловой преферендум складывается из различных составляющих, таких как ветер, свет, почва, сезонные осадки, разумеется, температура. Однако температура не является единственным фактором, снежный покров, например, вследствие малой теплопроводности обладает высокими теплоизоляционными свойствами насекомые, зимующие в почве, лесной подстилке, под корой поваленных деревьев и у основания стволов, надежно защищены снежным покровом от вымерзания. Зависимость от света у насекомых наблюдается как прямая, так и косвенная. Различаются насекомые с разным диапазоном световых восприятий. Ночным и почвенным насекомым нужны узко ограниченные световые условия, а виды с круглосуточной активностью имеют широкий диапазон реагирования на освещенность. Насекомые тонко реагируют на изменение длины дня. Длина дня является одним из регуляторов сезонных циклов развития, особенно сказываясь на появлении диапаузы. У насекомых, реагирующих на изменение длины дня, наблюдаются три основных типа фотопериодической реакции, в известной мере аналогичных типам, установленным для растений — длиннодневный, короткодневный и промежуточный [12-14]. Ветер, как фактор, также весьма значимый, в силу того, что он определяет характер погоды, оказывая тем самым косвенное влияние на поведение насекомых, их миграции, интенсивность питания и размножение в насаждениях. Ветер раскачивает стволы деревьев, вызывая бурелом и ветровал в лесах. В этих местах потом Почва, прежде всего, является средой обитания насекомых. Многие насекомые используют почву как временное убежище (зимовка, укрытие от высоких температур, окукливание). Обитающие в почве личинки растениеядных насекомых имеют целый ряд приспособлений для передвижения. Насекомые живут в самых разнообразных почвах, однако большинство широко распространенных видов предпочитают легкие песчаные и супесчаные почвы, избегая тяжелые глинистые и переувлажненные почвы. Границы вертикального распространения насекомых в почве связаны с ее насыщением корневыми системами и гумусом. В почвах, богатых гумусом, фауна обильнее и разнообразнее. Характер питания чаще всего оказывает огромное влияние на их численность и распространение. Выживаемость обитающих в почве насекомых зависит также от почвенных условий (температура, влажность, кислотность почвы и др.).2.1 Стенотермные и эвритермные виды В ходе эволюционного развития так сложилось, что каждый биологический вид обладает индивидуальным набором специфических реакций выносливости. Изменения одних и тех же факторов для разных видов характеризуют индивидуальный диапазон выносливости. Наблюдается, так называемая, специализация вида по выносливости к изменчивости фактора. Например: отношение видов диапазону положительных температур можно наблюдать на рисунке 2. Рисунок 2 Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видовРазные виды медведей совершенно по-разному переносят температурные диапазоны среды. Самый широкий диапазон с морозным, умеренным и тёплым периодом имеют бурый медведь и гризли. У белого медведя большая часть его кривой толерантности (терпимости, выносливости) лежит в области отрицательных температур. Кривая выносливости у теплолюбивых медведей (панды и коалы) вообще не попадает в область отрицательных температур [16].Для классификации видового разнообразия живых организмов по их отношению к диапазону влияния температур выделяют:Эврибионтов – виды, которые обладают широким диапазоном выносливости, за что они также получили название пластичных видов, которые способны легко приспосабливаться к различным условиям внешней среды и широко распространены.В качестве примера можно рассматривать ель, сосну, березу, многие сорные травянистые растения. Из животного царства – собаки, крысы, мыши. Птицы – воробей, синица, голубь и др.Стенобионты – виды, чей диапазон выносливости по определенному фактору является узким, в силу чего проявляется необходимость в специфических условиях жизни.Примером служат: ледяная рыба, форель, пингвины, колибри др. Среди стенобионтов широко распространенных видов не много, их территориальное распространение сугубо специфично, так, в каждом конкретном месте обитают свои виды растений и животных, а их очень большое разнообразие [17-18].Среди стенобионтов выделяют виды-индикаторы, которые приспособились к строго определенным условиям среды, такие виды выделяют по отдельным специфическим факторам или их группам.Говоря о видах с узким диапазоном выносливости по температуре, или о стенотермных видах, можно выделить также стенобатные, то есть виды с узким диапазоном выносливости по внешнему давлению. Существуют также эвритермные и эврибатные виды, которые напротив обладают широким диапазоном выносливости по температуре и внешнему давлению соответственно.Примеров стенотермных организмов огромное количество, среди которых выделяются характерные черты и индивидуальные особенности, которые проявились у вида в ходе эволюции. Так характерная черта многих глубоководных рыб – практически незрячие глаза. На больших глубинах, куда мало не проникает свет, рыбы пользуются зрением минимально, больше доверяя боковой линии, слуху и обонянию, что обуславливает фактическую атрофию данного органа чувств. С другой стороны, чтобы выдерживать огромное давление, у большинства обитателей больших глубин многие кости в организме заменились более лёгкими хрящами.Стенотермные виды широко представлены в горячих источниках, фауне арктических вод. Ледяная рыба живет в диапазоне температур от -2ºС до +2ºС, при условии небольшого повышения температуры для ее жизнедеятельности будет не хватать растворенного кислорода, при более низкой же температуре вода схватывается льдом, и рыба рискует оказаться примороженной в его толще. Собственно по этой причине ее название - ледяная.Эвритермные животные способны переносить значительные колебания температуры окружающей среды. Примером в данном случае могут служить все наземные животные умеренных широт. Стенотермные же животные могут жить лишь при соблюдении ряда условий, а именно при определенной, мало изменяющейся температуре среды. 2.2 ТерморегуляцияПроцессы теплообмена невероятно важны для жизнеобеспечения организма. Постоянство температуры организма (температурный гомеостазис) является необходимым условием жизни человека, например. Однако механизмы химической и физической терморегуляции, как их принято делить, различаются.Важную роль в обеспечении терморегуляции внутренних органов играет кровообращение. Теплоемкость крови достаточно большая (как у воды), и нормальный кроваток достаточен для эффективного отвода тепла от внутренних органов к поверхности тела. Регуляция такого теплопереноса осуществляется главным образом за счет усиления или ослабления кровотока. Процесс терморегуляции – важный и жизненно необходимый процесс, тесно связанный со многими функциональными системами [5, 7-10]. Физическое терморегулирование является многофакторной системой, которая весьма эффективно обеспечивает постоянство температуры организма. Многофакторность позволяет регулировать температуру тела в различных условиях, так, при исключении одних механизмов, работают другие.Изотермия, или постоянство температуры тела вне зависимости от температуры окружающей среды, свойственна только гомойотермным, или теплокровным, животным. У пойкилотермных же изотермия отсутствует.Химическая терморегуляция является важным процессом, с точки зрения функциональности, для организма, так как отвечает за поддержание постоянства температуры тела при различных условиях окружающей среды. У человека усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ отмечается, в частности, тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или зоны комфорта. Механизмы, отвечающие за окислительно-восстановительные процессы, которые происходят в результате жизнедеятельности организма, регулируют и теплообразование. В результате отдачи тепла организмом в ходе физических движений и нагрузок изменяется и терморегуляция организма, которая получила название физической терморегуляции. Процесс теплоотдачи осуществляется различными способами, с помощью:теплоизлучения (радиационная теплоотдача),конвекции, т. е. в результате движения и перемешивания нагреваемого телом воздуха, теплопроведения, т. е. отдачи тепла веществом, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела или же в ходе испарения воды с поверхности кожи и легких. Интенсивность протекания таких процессов как радиация, испарение и конвекция различна и зависит от температуры окружающей среды. 2.3 Адаптация к различным температурам у растений и животныхАдаптация представляет собой приспособление. У растений адаптация к конкретным условиям среды обеспечивается за счет физиологических механизмов (физиологическая адаптация), у популяций организмов (вида) она осуществляется в результате генетической изменчивости, благодаря наследственности, а также в ходе отбора, который представляет собой фактически генетическую адаптацию. При этом факторы внешней среды могут изменяться закономерно и случайно. Закономерно изменяющиеся условия среды (смена сезонов года) вырабатывают у растений генетическую приспособленность к этим условиям.В ходе жизнедеятельности растения так или иначе в естественных для своего вида природных условиях произрастания или возделывания нередко испытывают воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, среди которых следует отметить температурные колебания, засуху, избыточное увлажнение, засоленность почвы и т. д. Адаптация присуща всем растениям, как способность приспосабливаться к стремительно меняющимся условиям окружающей среды, при этом существует предел видоизменений, обусловленный генотипом. Норма реакции того или иного вида тем выше, чем выше способность растения изменять метаболизм в соответствии с окружающей средой, что и отличает устойчивые сорта сельскохозяйственных культур. Неблагоприятные условия окружающей среды также способны оказывать негативное воздействие, не включая в действие реализацию генетической программы онтогенеза, в результате нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие жизненно важные функции растительного организма [12]. Неблагоприятное воздействие факторов среды на растение вызывает в нем напряженное состояние, именно отклонение от нормы и есть стресс, который фактически представляет собой общую неспецифическую адаптационную реакцию организма на действие любых неблагоприятных факторов. Основные группы факторов, вызывающих стресс у растений: физические — недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия;химические — соли, газы, ксенобиотики (гербициды, инсектициды, фунгициды, промышленные отходы и др.); биологические — поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция е другими растениями, влияние животных, цветение, созревание плодов.В результате медленного или стремительного развития неблагоприятного фактора возникает приспособление, которое в зависимости от периода воздействия фактора адаптируется к нему сильнее или слабее. При этом сила стресса также зависит от скорости развития неблагоприятной для растения ситуации и уровня стрессирующего фактора. В случае медленного воздействия в большей степени проявляются специфические механизмы устойчивости, в ходе кратковременного воздействия включаются неспецифические.2.3.1 Адаптация к низким температурам у растений и животныхПо способности растений адаптироваться к низким температурам выделяют холодостойкие и морозостойкие виды. При этом под холодостойкостью следует понимать способность растений переносить положительные температуры несколько выше 0 ℃. Подобный механизм приспособления свойственен растениям умеренной полосы (например, ячмень, овес, лен, вика и др.). Тропические же и субтропические растения повреждаются и отмирают при температурах от 0 ℃ до 10 ℃ (в качестве примера можно привести кофе, хлопчатник, огурец и др.). По степени холодостойкости растения различаются довольно широко, что во многом связано и с их географическим расположением. Для примера, многие растения южных широт довольно сильно повреждаются холодом. В частности огурец, хлопчатник, фасоль, кукуруза, баклажан будут повреждены при температуре 3 ℃. Следует понимать, что устойчивость к холоду у разных сортов также отличается.Понятие холодостойкости у растений характеризуется температурным минимумом, при котором рост растений прекращается. Для большой группы сельскохозяйственных растений его величина составляет 4 °С. Чем более высокое значение температурного минимума, тем менее устойчиво растение к воздействию холода.Устойчивость к низким температурам — генетически детерминированный признак. Холодостойкость растений определяется способностью растений сохранять нормальную структуру цитоплазмы, изменять обмен веществ в период охлаждения и последующего повышения температуры на достаточно высоком уровне.Принято различать холодостойкость и морозостойкость, которая характеризует способность растений переносить температуру ниже 0 °С, то есть низкие отрицательные температуры [18].Воздействию морозов подвергаются однолетние, двулетние и многолетние растения. При этом растениям приходится переносить условия зимы в различные периоды онтогенеза. Способность озимых, многолетних травянистых и древесных плодовых культур перезимовывать обусловливается их достаточно высокой морозоустойчивостью, которая проявляется следующим образом, ткани растения замерзают, но само растение при этом не погибает.Морозостойкость является генетически закрепленным механизмом адаптации, то есть наследственной основой конкретного вида растений, однако морозоустойчивость одного и того же растения зависит от условий, предшествующих наступлению морозов, влияющих на характер льдообразования. Лед может образовываться как в протопласте клетки, так и в межклеточном пространстве. Не всякое образование льда приводит клетки растения к гибели.Одним из механизмов, благодаря которому растения справляются с критичным для многих видов понижением температуры, является накопление в клетках большого количества сахаров и других веществ, которые защищают ткани (криопротекторы), это прежде всего гидрофильные белки, моно- и олигосахариды; снижение оводненности клеток; увеличение количества полярных липидов и снижение насыщенности их жирнокислотных остатков; увеличение количества защитных белков.Отмечено, что многие виды, такие как озимые однолетние, двулетние и многолетние травянистые растения, нуждаются в охлаждении для перехода к цветению.Известно, что озимые однолетники и двулетники представляют собой монокарпические растения, которые требуют яровизации,- они остаются вегетативными во время первого вегетативного сезона и цветут следующей весной или ранним летом в ответ на период охлаждения, получаемый зимой. Необходимость охлаждения двулетних растений для индукции цветения была экспериментально продемонстрирована на ряде видов, таких, как свекла (Beta vulgaris), сельдерей (Apiutn graveolens), капуста и другие культивируемые сорта рода Brassiса, колокольчик (Campanula medium), лунник (Lunaria biennis), наперстянка (Digitalis purpurea) и другие. Если растения наперстянки, которые в нормальных условиях ведут себя как двулетники, т. е. зацветают на второй год после прорастания, содержать в оранжерее, они могут оставаться вегетативными несколько лет. В районах с мягкой зимой капуста в течение нескольких лет может расти в открытом грунте без «образования стрелки» (т. е. цветения) весной, что обычно происходит в районах с холодной зимой [19]. Такие виды обязательно требуют яровизации, однако у ряда других видов цветение ускоряется при воздействии на них холодом, но может наступать и без яровизации; к таким видам, проявляющим факультативную потребность в холоде, относятся салат (Lactuca saiiva), шпинат (Spinacia oleracea) и позднецветущие сорта гороха (Pistim sativum).Так же как и двулетние, многие многолетние виды нуждаются в воздействии холодом и не зацветают без ежегодного зимнего охлаждения. Из обычных многолетних растений в холодовом воздействии нуждаются первоцвет (Primula vulgaris), фиалки (Viola spp.), лакфиоль (Cheiranthus cheirii и С. allionii), левкой (Mathiola incarna), некоторые сорта хризантем (Chrisanthemum morifolium), виды рода Aster, турецкая гвоздика (Dianthus), плевел (Lolium perenne). Многолетние виды требуют переяровизации каждую зиму.