Экология
Шрифт:
По степени адаптации растений к недостатку тепла можно выделить три группы:
нехолодостойкие растения – сильно повреждаются или гибнут при температурах, еще не достигающих точки замерзания воды. Гибель связана с инактивацией ферментов, нарушением обмена нуклеиновых кислот и белков. К представителям этой группы относятся растения тропических лесов, водоросли теплых морей;
неморозостойкие растения переносят низкие температуры, но погибают, если в тканях начинает образовываться лед. В холодное время у них повышается концентрация осмотически активных веществ в клеточном соке и цитоплазме, что понижает точку замерзания до –7 °С. Вода в клетках может охлаждаться ниже точки замерзания без немедленного образования льда. Представителями этой группы являются растения вечнозеленых субтропических лесов.
льдоустойчивые или морозоустойчивые растения – это растения, произрастающие в областях с сезонным климатом, с холодными зимами. Несмотря на сильные морозы, надземные органы деревьев и кустарников сохраняют жизнеспособность, так как в клетках кристаллический лед не образуется. Растения подготавливаются к перенесению морозов постепенно, проходя предварительную закалку после того, как заканчиваются ростовые процессы. В результате закалки накапливаются в клетках сахара (до 20–30 %), производные углеводов, некоторые аминокислоты и другие защитные вещества, связывающие воду. Морозоустойчивость клеток повышается, так как связанная вода труднее оттягивается образующимися во внеклеточных пространствах кристаллами льда.
Среди пойкилотермных организмов есть такие, которые всю жизнь проводят в условиях постоянных температур (глубины океанов, пещеры и т. п.), в связи, с чем температура их тела не меняется. Такое явление называют ложной гомойотермией,онахарактерна для ряда рыб и иглокожих.
К гомойотермным (от греч. homoios устойчивый, одинаковый, подобный + therme теплота, жар) организмам относят птиц и млекопитающих, для них характерен активный тип адаптации.
Гомойотермность – это стратегия сопротивления влиянию факторов среды. Гомойотермия –это температурные адаптации, возникшие на основе резкого повышения уровня окислительных процессов у птиц и млекопитающих в результате эволюционного совершенствования кровеносной, дыхательной и других систем органов. Потребление кислорода на 1 г массы тела у теплокровных животных в несколько десятков или сотен раз больше, чем у пойкилотермных.
Организм гомойотермного животного функционирует только в узких температурных пределах. Однако в случае выхода за эти пределы невозможно не только сохранение биологической активности, но и переживание в угнетенном состоянии. Гомойотермные животные могут поддерживать для себя постоянный температурный оптимум при значительных отклонениях внешних температур, что позволяет им лучше осваивать внешние условия. Следовательно, птицы и млекопитающие менее зависимы от температуры среды, так как обладают развитым внутренним источником тепла и совершенной терморегуляцией (способность в определенных пределах сохранять температуру тела), позволяющей поддерживать оптимальный баланс продуцирования и расхода тепловой энергии. Температура тела у них меняется незначительно.
Существует ряд механизмов, поддерживающих постоянную температуру тела. Химическая терморегуляция– рефлекторное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры окружающей среды. Поддержание температуры за счет возрастания теплопродукции требует большего расхода энергии, поэтому животным необходимо усиленно питаться или тратить жировые запасы, накопленных ранее. Например, некоторые виды землероек для поддержания высокого уровня обмена способны съедает корма в день в 4 раза больше собственной массы. Частота сердцебиения у них до 1000 в мин!
Химическая терморегуляция, имеет свои пределы, обусловленные возможностью добывания пищи. При недостатке корма зимой такой путь экологически невыгоден.
Физическая терморегуляция – это адаптация к холоду за счет сохранения тепла в теле животного. Физическая терморегуляция, связана с морфофизиологическими приспособлениями (за счет перьев, волос, которые удерживают вокруг тела слой воздуха, являясь теплоизолятором). Среди адаптаций – рефлекторное сужение и расширение кровеносных сосудов кожи, меняющее ее теплопроводность, противоточный теплообмен путем контакта сосудов при кровоснабжении отдельных органов.
Морфофизиологические приспособления дополняются сложными формами приспособительного поведения (экономное расходование энергии на терморегуляцию, снижение напряжения физиологических терморегуляторных функций). Приспособительное поведение особенно эффективно, когда неблагоприятные температуры сочетаются с низкой доступностью кормов (суровая зима), например, использование особенностей микроклимата (выбор местности, укрытой от ветра, ведет к сокращению энергозатрат на физиологическую терморегуляцию).
В норах и гнездах животных температурные условия более благоприятны, особенно, при большой глубине норы. В умеренных широтах на глубине 130-150 см от поверхности почвы в искусно построенных норах и гнездах менее интенсивно ощущаются даже сезонные колебания температуры и поддерживается благоприятный микроклимат.
Эффективным механизмом отдачи тепла служит испарение воды благодаря потоотделению или через влажные слизистые оболочки полости рта и верхних дыхательных путей. Человек при сильной жаре может выделить до 10-12 л пота в день, при этом выделяемая вода, естественно, должна возмещаться через питье. Регуляция температуры через испарение требует затраты организмом воды и поэтому не всегда возможна. Среди гомойотермных животных выделяют группу гетеротермных.
Гетеротермностъ – адаптивная стратегия среди птиц и млекопитающих, при которой закономерно сочетается использование выгод как постоянства, так и перемены температуры тела. Эти виды в активном состоянии поддерживают постоянную температуру тела на высоком уровне, а в неактивном – пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ. Основные формы проявления гетеротермности – способность впадать в спячку или оцепенение.
Зимняя спячка характерна для некоторых млекопитающих. Впадая в спячку, животные прекращают борьбу за поддержание высокой температуры тела, снижая ее всего до нескольких градусов выше нуля. Это сберегает энергетические ресурсы организма.
Влажность
Вода – необходимый компонент клетки, ее количество определяет флору и фауну местности. У растений пустынь вода составляет лишь 30-65 % от общей массы, в дубравах доходит до 85 %, в ельниках достигает 90 %.
Области, в которых количество испаряемой воды превышает годовую сумму осадков, называют аридными, или засушливыми. Области, обеспеченные влагой, называют гумидными (влажными).
Жизнь человеказависит от воды. Вода составляет более половинымассы тела человека (65 %). Она входит в состав крови, пищеварительных соков, слез и других жидкостей. Человеческий мозг содержит почти 75 % воды, сердце –74 %, глаза–78 %. Особенно богаты водой ткани молодого организма. С годами человек высыхает, теряет влагу. Суточная потребность воды до 10 литров. Представить себе, что человек пьет каждый день 10 литров воды, очень сложно! Оказывается, что 7–8 л наши ткани создают сами. Эта эндогенная жидкость рождается в организме при сжигании питательных веществ кислородом, строительстве новых молекул. Однако, 2 л воды человек должен получить извне – либо в чистом виде, либо с различной пищей.