2.5.2 Температура, как экологический фактор.

Большая часть обитающих на Земле видов приспособлена к жизни в довольно узкой температурной ампли­туде, причем, как правило, верхние температурные границы оказываются более критическими, нежели нижние. И хотя сущест­вуют организмы, способные переносить как высокие (некоторые цианобактерии могут существовать при 80-88 °С), так и низкие температуры, тем не менее, область распространения живого в явном ограничена диапазоном чуть ниже О °С и до 50 °С. Жидкости, находящиеся в тканях животных и растений, не являются чистой водой, а представляют собой растворы белков и солей. Поэтому они превращаются в лед не при нуле, а при температуре чуть ниже точки замерзания чистой воды.

Конечно, известны и исключения, когда живые организмы переносили неблагоприятно низкие и высокие температуры без непосредственного ущерба для себя. Например, одна из жужелиц Аляски в условиях эксперимента перенесла охлаждение -87°С в течение пяти часов. В исландских термальных (теплых) источниках температура воды обычно держит­ся близ отметки +55 °С. Здесь часто можно встретить личинки мушки. Обычно к высоким температурам приспосабли­ваются беспозвоночные животные, такие как мелкая амеба, которая выдерживает температуру 54°С (горячие источники Италии). Позвоночные в подавляющем большинстве не в состоянии выдерживать такие экстремально высокие темпе­ратуры, хотя и здесь есть исключения. Например, рыба карпозубик в горячих источниках пустыни штата Невада (США) выносит температуру воды около 42С.

Основным источником тепла, как и света, является солнечное излучение. Организм может выживать только в определенных температурных пределах, к которым приспособлен его метабо­лизм (обмен веществ). Если температура живой клетки падает ниже точки замерзания, клетка обычно физически повреждается и гибнет в результате образование кристаллов льда. Если же тем­пература слишком высока, происходит так называемая денатура­ция белков. Именно это происходит при варке куриного яйца.

Большинство организмов способно в той или иной мере кон­тролировать температуру своего тела с помощью различных ответных реакций. У подавляющего числа живых существ температура тела может изменяться в зависимости от температуры окру­жающей среды. Такие организмы не способны регулировать свою собственную температуру и называются пойкилотермными. Их активность в основном зависит от тепла, поступающего извне. Температура тела пойкилотермных организмов связана со значениями температуры окружающей среды. К этой группе организмов относятся все растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др.

Значительно меньшее количество живых существ способно к ак­тивному регулированию температуры тела. Это представители двух высших классов позвоночных - птицы и млекопитающие. Вырабатываемое ими тепло является продуктом биохимических реакций, лужит существенным источником повышения температуры тела. Такая температура поддерживается на постоянном уровне незави­симо от температуры окружающей среды. Организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела незави­симо от температуры среды, называются гамойотермные.

Частный случай гомойотермии - гетеротермия. Гетеротермные организмы в период активности обладают постоянной тем­пературой тела, а в период отдыха или зимней спячки она значи­тельно понижается. Гетеротермность характерна для сусликов, сурков, барсуков, летучих мышей, ежей, медведей, колибри и др.

ЭТО ИЕТЕРЕСНО

ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ К СРЕДЕ.

Многие организмы в течение жизни периодически испытыва­ют влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить и силь­ную жару, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи. Как приспосабливаются они к таким экстремальным ситуациям, когда нормальная жизнь сильно за­труднена?

При ухудшении условий сре­ды многие виды способны при­останавливать свою жизнедея­тельность и переходить в состо­яние скрытой жизни. Это явление было обнаружено в начале XVIII столетия Антони ван Ле-венгуком, который впервые на­блюдал в сделанный им микро­скоп мир мелких организмов. Он заметил и описал, что некоторые из них могут полностью высы­хать на воздухе, а затем «ожи­вать» в воде. В высушенном со­стоянии они кажутся полностью безжизненными. Позднее такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом (ана - нет, биос - жизнь).

Глубокий анабиоз - это прак­тически полная остановка обме­на веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно расширяет возмож­ности выживания организмов в самых суровых условиях. В опы­тах высушенные семена и споры растений, некоторые мелкие жи­вотные - коловратки, нематоды выдерживают длитель­ное время температуры жидкого воздуха (-190С) или жидкого водорода (-259,14 С).

Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании организмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопровождалась наруше­нием внутриклеточных структур. Большинство видов к этому не способно. Например, в клетках высших растений имеется обычно большая центральная вакуоль с запасом влаги. При высыхании она исчезает, клетка меняет фор­му, сжимается, и ее внутреннее строение нарушается. Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается редко. Однако замед­ление жизнедеятельности в не­благоприятных условиях - явле­ние широко распространенное. Клетки тела при этом частично обезвоживаются, происходит так­же и другая перестройка их со­става. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют скрытой жизнью. В состоянии пониженного обмена веществ ор­ганизмы резко повышают свою устойчивость и очень экономно тратят энергию.

К явлениям скрытой жизни относятся оцепенение насекомых, зимний покои растении, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в поч­ве, а мелких обитателей - в пе­ресыхающих водоемах. В неактивном состоянии часто находятся в природе многие виды бактерий, пока не возник­нут благоприятные условия для их размножения.

Скрытая жизнь - очень важное экологическое приспособление. Это способ переживать неблагоприят­ные изменения среды обитания. При восстановлении необходимых условий организмы вновь перехо­дят к активной жизни.

Переходя в состояние оцепе­нения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом затраты на свое сущес­твование.

Другой, прямо противополож­ный способ выживания организ­мов связан с поддержанием пос­тоянства внутренней среды, не­смотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в ус­ловиях изменчивой температуры, теплокровные животные - пти­цы и млекопитающие - поддер­живают внутри себя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клет­ках тела. В вакуолях клеток на­земных растений содержатся за­пасы влаги, что позволяет им жить на суше. Многие растения способны переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях.

Такое сопротивление влия­нию внешней среды требует больших затрат энергии и спе­циальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Каждый из двух описанных способов выживания имеет свои преимущества и недостатки. При возможности тормозить об­мен веществ и переходить к скрытой жизни организмы эко­номят энергию и повышают ус­тойчивость, но не способны к активности при ухудшении ус­ловий. При регуляции темпера­туры и запасов влаги в теле представители различных видов могут поддерживать нормальную жизнедеятельность в очень ши­роком диапазоне внешних усло­вии, но тратят при этом много энергии, которую им необходи­мо постоянно восполнять. Кро­ме того, такие организмы очень неустойчивы к отклонениям ре­жима их внутренней среды. На­пример, у человека повышение температуры тела всего на 1С свидетельствует о нездоровье.

Кроме подчинения и сопро­тивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания - избегание неблагоприятных условий и актив­ный поиск других, более благо­приятных местообитаний. Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве.

Например, зимующие тетере­ва и рябчики на большую часть суток зарываются в снег, где го­раздо теплее. Многие животные строят норы и гнезда, где воз­никает более благоприятный микроклимат. Ярким примером избегания зимней бескормицы и холодов являются дальние пере­леты птиц.

Все три способа выживания могут сочетаться у представите­лей одного и того же вида.

Увеличение устойчивости ор­ганизмов в состоянии скрытой жизни находит широкое приме­нение в хозяйственной практике. В специальных хранилищах со­здаются особые режимы для дли­тельного хранения семян расте­ний, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохозяй­ственных животных. В медицин­ской практике разработаны осо­бые условия для сохранения до­норской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих видов животных и растений, с тем, чтобы в дальней­шем иметь возможность восста­новить их в природе.