Adaptacije biljaka i životinja na abiotske faktore sredine. Temperaturni režim

Zbog svojstava citoplazme ćelija, sva živa bića mogu živjeti na temperaturama između 0 i 50 °C. Većina staništa na površini naše planete ima temperature unutar ovih granica; za svaku vrstu, prelazak preko ovih granica znači smrt ili od hladnoće ili od vrućine. Međutim, postoje vrste koje se mogu prilagoditi ekstremnim temperaturama i izdržati ih dugo vremena. Na primjer, postoje bakterije i modrozelene alge koje naseljavaju izvore s temperaturama iznad 85 °C. Životinje su manje otporne. Amebe iz testisa nalaze se na 58°C, dok larve mnogih Diptera mogu živjeti na oko 50°C. Četinari, žuti i grinje koje žive visoko u planinama savršeno preživljavaju pri noćnim temperaturama od oko -10°C. Polarne vode s temperaturom od oko 0°C nastanjene su bogatom i raznolikom faunom koja se hrani mikroskopskim algama.

Da bi održala tjelesnu temperaturu konstantnom, životinja mora ili smanjiti gubitak topline uz efikasnu zaštitu ili povećati proizvodnju topline. To se postiže na različite načine. Različiti putevi. Prije svega, važan je zaštitni omotač, bilo da se radi o vuni, perju ili masnom sloju. Zaštitna uloga životinjskih pokrivača, kao i ljudske odjeće, je da odgađaju konvekcijske struje, usporavaju isparavanje, slabe ili potpuno zaustavljaju zračenje. Zaštitna uloga kaputa je dobro poznata. Zahvaljujući njemu, zaprežni pas može spavati na snijegu na temperaturi od -50 °C. Kako se zima približava, krzno mu postaje gušće i duže. Ništa manje efektivno i perje. Perje i vuna nisu samo pasivne školjke. Njihovim lepršanjem ptice i životinje stvaraju zračni jastuk s dobrim termoizolacijskim svojstvima. Poznata je i zaštitna uloga masti. Unatoč činjenici da kitovi, foke, morževi imaju golu kožu, debljine 2-3 mm, plivaju satima u ledenoj vodi. Ispod kože imaju debeo sloj masti, što dobro slabi propuštanje toplote. Rezerve masti carski pingvin dostižu 10-15 kg, sa ukupnom težinom od 35 kg. Vrhovi šapa i vrh nosa ne mogu biti prekriveni dlakom, perjem ili salom, inače ne bi ispunjavali svoje osnovne funkcije. Postoje različiti mehanizmi za očuvanje topline u nezaštićenim područjima, djelujući kroz prijenos topline u snopovima krvnih žila gdje vene i arterije dolaze u kontakt. Ispostavilo se da su uši, rep, šape kraći, što je klima hladnija. Dobar primjer za to je lisica: lisica saharskog feneka ima duge udove i ogromne uši; lisica evropske zone je zdepastija, uši su joj mnogo kraće; Arktičke lisice imaju vrlo male uši i kratku njušku. Temperatura šape (ili peraja) životinje razlikuje se od temperature tijela. Ona je jednaka temperaturi okoline. Na primjer, tjelesna temperatura bijele jarebice može premašiti temperaturu njenih šapa za 38 °C. To je veoma važno. Uostalom, ako su šape u kontaktu sa snijegom bile tople, snijeg ispod njih bi se otopio i ptica bi se mogla smrznuti. Osim toga, snižavanje temperature ekstremiteta smanjuje prenos toplote.Poznata metoda zaštite od hladnoće je hibernacija. Mnogi sisari su u stanju značajno smanjiti intenzitet metabolizma. Njihova tjelesna temperatura može pasti do 0°C. Kada prestanu da se kreću, vrlo sporo troše svoje rezerve. Takvi su mrmot, spavalica, šišmiši, Smeđi medvjed. Borba protiv pregrijavanja provodi se uglavnom povećanjem isparavanja. Svi su vidjeli kako pas isplazi jezik na vrućini, jer ima vrlo malo znojnih žlijezda.

Adaptacija organizama na životnu sredinu

Organizmi tokom svog života doživljavaju uticaj faktora koji su daleko od optimalnog. Moraju da izdrže vrućinu, sušu, mraz, glad. Uređaji.

1. suspendovana animacija (imaginarna smrt). Gotovo potpuni prekid metabolizma. - mali organizmi. Tokom anabioze, organizmi gube do ½ ili čak ¾ vode sadržane u tkivima. Kod beskičmenjaka se ovaj fenomen često opaža. dijapauza- čekanje nepovoljnih temperaturnih uslova, zaustavljeno u svom razvoju (stadijum jajeta, kukuljica kod insekata itd.).

2. skriveni život. Više biljke ne mogu preživjeti ako se ćelija osuši. U slučaju da je djelomična dehidracija - preživjet će. (zimsko mirovanje biljaka, hibernacija životinja, sjemenke u tlu,

3. Dosljednost unutrašnje okruženje uprkos fluktuacijama u spoljašnjem okruženju. Konstantna tjelesna temperatura, vlaga (kaktusi). Ali mnogo energije se gubi.

4. Izbjegavanje nepovoljnih uslova. (gnijezda, zakopavaju se u snijeg, ptice lete)

Primjeri: sjeme lotosa u tresetu staro 2000 godina, bakterije u ledu Antarktika. Pingvini imaju temperaturu od 37-38, sobovi imaju temperaturu od 38-39. kaktusi. Uši u srednjoazijskim suvim stepama, Gopher otkucaji srca 300 otkucaja i 3.

Evolucijska adaptacija

Vrste adaptacije:

Morfološki(zaštita od smrzavanja: epifiti - rastu na drugim biljkama, fanerofiti - pupoljci su zaštićeni pupoljcima (drveće, žbunje), kriptofiti pupoljci u tlu, terofiti - jednogodišnje biljke. Kod životinja - rezerve masti, težina.

Fiziološka adaptacija. : aklimatizacija, oslobađanje vode iz masti.

ponašanja– izbor željene pozicije u prostoru.

fizički - kontrola prenosa toplote . Hemijski– održavanje telesne temperature.

Evolucijsko prilagođavanje biljaka i životinja različitim faktorima okoline činilo je osnovu za klasifikaciju vrsta.

1) U odnosu na fizičke faktore okoline

a) uticaj temperature na organizme

Granice tolerancije za bilo koju vrstu su minimalne i maksimalne smrtonosne temperature. Većina živih bića je sposobna da živi na temperaturama od 0 do 50ºS, što je zbog svojstava ćelija i intersticijske tečnosti. Adaptacija životinja temperatura medija je išla u 2 smjera:

– poikilotermne životinje (hladnokrvne ) - njihova tjelesna temperatura uveliko varira u zavisnosti od temperature okoline (beskičmenjaci, ribe, vodozemci, gmizavci). Njihovo prilagođavanje promjenama temperature je pad u suspendiranu animaciju.

– homoiotermne životinje (toplokrvne ) - životinje sa konstantnom telesnom temperaturom (ptice (oko 40ºS) i sisari, uključujući ljude (36-37ºS)). Homeotermne životinje mogu izdržati temperature ispod 0°C. Ove organizme karakteriše termoregulacija.

Termoregulacija (termoregulacija ) - sposobnost ljudi, sisara i ptica da održavaju temperaturu mozga i unutrašnje organe unutar usko definisanih granica, uprkos značajnim fluktuacijama temperature spoljašnje sredine i sopstvenoj proizvodnji toplote.Prilikom pregrevanja kapilari kože se šire, a toplota se oslobađa sa površine tela, znojenje se povećava usled isparavanja, telesna temperatura hladi (ljudi, majmuni, kopitari) , - kod životinja koje se ne znoje javlja se termička otežano disanje (isparavanje vlage sa površine usne duplje i jezika).Ohladjenjem dolazi do sužavanja krvnih sudova, prenosa toplote sa njih smanjuje se, - perje i dlaka i vuna se dižu na površinu tijela, kao rezultat, povećava se zračni jaz između njih, koji je toplinski izolacijski.

Istovremeno, toplokrvne životinje karakteriziraju trajne adaptacije na povećanu ili niske temperature:

1) Varijacije u veličini tijela. U skladu sa Bergmanovo pravilo: kod toplokrvnih životinja, veličina tijela jedinki je u prosjeku veća u populacijama koje žive u hladnijim dijelovima rasprostranjenosti vrste. To je zbog smanjenja omjera:

.

Što je ovaj omjer manji, to je manji prijenos topline.

2) Prisustvo pokrivača vune i perja. Kod životinja koje žive u hladnijim područjima povećava se količina podlake, paperja i perja kod ptica. U sezonskim uslovima moguće je linjanje, kada u zimskoj dlaki ima više paperja i poddlake, a ljeti samo čuvaju dlake.

3) Masni sloj. Toplotna je izolacija. Posebno često kod morskih životinja koje žive u hladnim morima (morževi, foke, kitovi, itd.)

4) Fat cover. Pokrivač perja vodenih ptica sa posebnim vodootpornim pokrivačem koji sprečava prodiranje vode i prianjanje perja, ᴛ.ᴇ. zračni toplotnoizolacijski sloj između perja je očuvan.

5) Hibernacija. hibernacija- stanje smanjene vitalne aktivnosti i metabolizma, praćeno inhibicijom nervnih reakcija. Prije nego što padnu u hibernaciju, životinje nakupljaju masnoće u tijelu i sklanjaju se u skloništa. Hibernacija je praćena usporavanjem disanja, otkucaja srca itd.
Hostirano na ref.rf
procesi. Tjelesna temperatura pada na 3-4ºS. Neke životinje (medvjedi) zadržavaju normalno tijelo t (ovo je zimski san). Za razliku od anabioze hladnokrvnih životinja, tokom hibernacije toplokrvne životinje zadržavaju sposobnost kontrole fiziološkog stanja uz pomoć nervnih centara i održavaju homeostazu na novom nivou.

6) Migracije životinja(karakteristično i za toplokrvne i za hladnokrvne) - sezonski fenomen. Primjer su letovi ptica.

Adaptacija biljaka na temperaturu. Većina biljaka može preživjeti na temperaturama između 0 i 50ºC. Istovremeno, aktivna životna aktivnost se odvija na temperaturama od 10 do 40 ºS. U ovom temperaturnom rasponu može doći do fotosinteze. Vegetacija biljaka je period od prosječne dnevne temperature iznad +10ºS.

Prema načinu prilagođavanja promjenama temperature, biljke se dijele u 3 grupe:

– phanerophytes(drveće, žbunje, puzavice) - osipaju sve zelene dijelove za hladno razdoblje, a njihovi pupoljci zimi ostaju iznad snježne površine i zaštićeni su pokrovnim ljuskama;

– kriptofiti (geofiti)- takođe gube svu vidljivu biljnu masu tokom hladnog perioda, držeći pupoljke u krtolama, lukovicama ili rizomima skrivenim u zemljištu.

– terofiti- jednogodišnje biljke koje odumiru s početkom hladne sezone, opstaju samo sjemenke ili spore.

b) uticaj osvetljenja na organizme

Svetlost je primarni izvor energije bez koje je život na Zemlji nemoguć. Svetlost je uključena u fotosintezu, obezbeđujući stvaranje organskih jedinjenja iz neorganskih supstanci od strane vegetacije Zemlje. Iz tog razloga je uticaj svetlosti važniji za biljke. Dio spektra (od 380 do 760 nm) je uključen u fotosintezu - područje fiziološki aktivnog zračenja.

U odnosu na osvjetljenje, razlikuju se 3 grupe biljaka:

– svjetloljubivi- za takve biljke, optimum je svijetla sunčeva svetlost – zeljaste biljke stepe i livade, drvenaste biljke gornjih slojeva.

– senko-loving- za ove biljke optimalno je slabo osvjetljenje - biljke nižih slojeva šuma tajge smreke, šumsko-stepske hrastove šume, rainforest.

– otporan na senke- biljke sa širokim rasponom tolerancije na svjetlost i mogu se razvijati i na jakom svjetlu i u sjeni.

Svetlost ima veliku signalnu vrednost i osnova je fotoperiodizma.

fotoperiodizam- ϶ᴛᴏ odgovor tijela na sezonske promjene u dužini dana. Vrijeme cvatnje i plodonošenja biljaka, početak perioda parenja kod životinja, vrijeme početka migracije kod ptica selica zavise od fotoperiodizma. Fotoperiodizam se široko koristi u poljoprivredi.

c) uticaj uslova vlage na organizme

Uslovi vlage zavise od dva faktora: – padavina; – isparljivost (količina vlage, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ može ispariti na datoj temperaturi)

U odnosu na vlagu, sve biljke su podijeljene u 4 grupe:

– hydatophytes- cijele vodene biljke ili uglavnom uronjen u vodu. Οʜᴎ su pričvršćeni korijenjem za zemlju (lokvanj), drugi nisu pričvršćeni (patka);

– hidrofiti- vodene biljke vezane za tlo i uronjene u vodu samo svojim donjim dijelovima (pirinač, raga);

– higrofiti- Biljke vlažnih staništa. Nemaju uređaje koji ograničavaju protok vode (zeljaste biljke šumske zone);

– mezofiti- biljke koje podnose blagu sušu (većina drvenastih biljaka, travnate biljke stepa);

– kserofiti- biljke suhih stepa i pustinja, koje se prilagođavaju nedostatku vlage:

a) sklerofiti- biljke sa velikim korijenskim sistemom sposobne da upijaju vlagu iz tla iz velike dubine, i sa malim listovima ili listovima transformiranim u trnje, što pomaže u smanjenju područja isparavanja (devin trn);

b ) sukulenti- biljke koje mogu akumulirati vlagu u mesnatim listovima i stabljikama (kaktusi, euforbija).

– ephemera- biljke koje prolaze kroz svoj životni ciklus u veoma kratkom vremenskom periodu (period kiše ili topljenja snega) i formiraju seme do perioda suše (mak, perunike, tulipani).

Adaptacije životinja na sušu :

- metode ponašanja (migracije) - karakteristične za životinje savane u Africi, Indiji, južna amerika;

– formiranje zaštitnih omotača (školjke puževa, pokrivači od rogova reptila);

- padanje u anabiozu (ribe, vodozemci u afričkim i australijskim akumulacijama za presušivanje);

- fiziološke metode - formiranje metaboličke vode (voda nastala kao rezultat metabolizma zbog prerade masti) - deve, kornjače, ovce.

d) uticaj kretanja vazduha na organizme. Kretanje zračnih masa treba biti u obliku njihovog vertikalnog kretanja - konvekcije, ili u obliku vjetra, odnosno horizontalnog kretanja. Kretanje zraka doprinosi naseljavanju spora, polena, sjemena, mikroorganizama. Anemochores- adaptacije za raspršivanje vjetra (padobrani od maslačka, krila javorovog sjemena itd.). Vjetar može imati depresivan učinak na ptice i druge leteće životinje.

e) uticaj kretanja vode na organizme. Glavni tipovi kretanja vode su talasi i struje. Uzimajući u obzir zavisnost od brzine toka:

- u mirnim vodama - ribe imaju spljošteno tijelo sa strana (deverika, plotica)

- u vodama sa brzim protokom - tijelo ribe je okruglog presjeka (pastrmka).

Voda je gust medij, u vezi s tim, općenito, imaju sve vodene životinje aerodinamičan oblik tijela : i ribe i sisari (foke, kitovi, delfini), pa čak i školjke (lignje, hobotnice). Delfin ima najsavršeniju morfološko prilagođavanje kretanju u vodi, stoga može razviti vrlo velike brzine u vodi i izvoditi složene manevre.

2) hemijski faktori sredine

a) Hemijski faktori vazdušne sredine

Sastav atmosfere:‣‣‣ azot -78,08%;‣‣‣ kiseonik - 20,95%;‣‣‣ argon, neon i drugi inertni gasovi - 0,93%;‣‣‣ ugljični dioksid - 0,03% ‣‣‣ 1 %;

Ograničavajući faktor je sadržaj ugljičnog dioksida i kisika. U površinskom sloju atmosfere sadržaj ugljičnog dioksida je na minimumu tolerancije, a kisika na maksimumu tolerancije biljaka na ove faktore.

Adaptacija na nedostatak kiseonika:

a) U zemljištu životinje i životinje koje žive u dubokim jamama.

b) Alpske životinje: - povećanje volumena krvi, - povećan broj eritrocita (krvnih stanica koje prenose kisik), - povećan sadržaj hemoglobina u eritrocitima, - povećan afinitet hemoglobina prema kisiku, ᴛ.ᴇ. 1 molekul hemoglobina može nositi više molekula kiseonika od nizijskih životinja (lame, alpake, planinske koze, snježni leopardi, jakovi, planinske jarebice, fazani).

c) Kod ronilačkih i poluvodenih životinja: - povećano relativni volumen pluća, - veći volumen i pritisak zraka u plućima pri udisanju, - adaptacije karakteristične za planinske životinje (delfini, kitovi, foke, vidre, morske zmije i kornjače, perje).

d) kod vodenih životinja (hidrobionti) - ϶ᴛᴏ prilagodbe na korištenje kisika iz vodene otopine: - prisutnost škržnog aparata velike površine, - guste mreže krvnih žila u škrgama, koja osigurava najpotpuniju apsorpcija kiseonika iz rastvora, - povećana površina tela, što je važan kanal za difuziono snabdevanje kiseonikom kod mnogih beskičmenjaka.Ribe, mekušci, rakovi).

b) Hemijski faktori vodene sredine

a) sadržaj CO 2 (povećan sadržaj ugljičnog dioksida u vodi može dovesti do uginuća riba itd.
Hostirano na ref.rf
vodene životinje; s druge strane, pri otapanju CO 2 u vodi nastaje slaba ugljična kiselina koja lako stvara karbonate (soli ugljične kiseline), koji su osnova skeleta i školjki vodenih životinja);

b) kiselost okoline (karbonati su sredstvo za održavanje kiselosti, vodeni organizmi imaju vrlo uzak raspon tolerancije na ovaj pokazatelj)

c) salinitet vode - sadržaj rastvorenih sulfata, hlorida, karbonata, meren u ppm ‰ (grama soli po litru vode). U okeanu 35 ‰. Maksimalni salinitet u Mrtvom moru (270 ‰). slatkovodne vrste oni ne mogu živjeti u morima, a morska stvorenja ne mogu živjeti u rijekama. Istovremeno, ribe poput lososa, haringe provode cijeli život u moru i dižu se u rijeke na mrijest.

3. Edafski faktori- uslovi tla za rast biljaka.

a) fizički: - vodni režim, - vazdušni režim, - toplotni režim, - gustina, - struktura.

b) hemijski: - reakcija zemljišta, - elementarni hemijski sastav zemljišta, - kapacitet razmene.

Najvažnije svojstvo tla je plodnost- ϶ᴛᴏ sposobnost tla da zadovolji potrebe biljaka u nutrijentima, zraku, biotičkom i fizičko-hemijskom okruženju i na osnovu toga obezbijedi prinos poljoprivrednih objekata, kao i biogenu produktivnost divljih oblika vegetacije.

Adaptacija biljaka na salinitet:

Biljke otporne na sol se nazivaju halofiti(soleros, pelin, slanka) - ove biljke rastu na solonetcima i solonchacima.

Prilagođavanje organizama okolini - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Prilagođavanje organizama životnoj sredini" 2017, 2018.

Jakutija je zemlja permafrosta i oštro kontinentalne klime. Prosječna januarska temperatura u Centralnoj Jakutiji je 40°C. Minimalne temperature vazduh -55…-65°S su uobičajeni ovde. Sezona sa temperaturama ispod 0°C traje od oktobra do aprila, tako da je zima u Jakutiji dug i oštar period. Sav život na ovoj zemlji prilagođava se ekstremnim životnim uslovima.

U tajne jakutske zime i tajne opstanka životinjskog svijeta možemo se dotaknuti posjetom jedinom zoološkom vrtu u republici "Orto-Doydu" Ministarstva zaštite prirode Republike Saha (Jakutija). Domaće vrste zime ovdje na otvorenom: losovi, sobovi, srndaći, mošusni bikovi, vukovi, risovi, arktičke lisice, lisice, orao sove. Ali postoje i vrste koje nisu predstavnici faune Jakutije, ali su se uspješno prilagodile - rakunski pas, pjegavi jelen, kamila, divlja svinja, alpska čavka. Ove životinje, u prisustvu krmne baze, uspješno podnose mrazeve, dok pokazuju visoke adaptivne sposobnosti tijela.

Uz svu raznolikost prilagođavanja živih organizama na djelovanje nepovoljnih temperaturnih uvjeta okoline, postoje tri glavna načina: aktivni, pasivni i izbjegavanje nepovoljnih temperaturnih utjecaja.

Aktivisti "Ortho-Doidu"

Aktivan način je jačanje otpornosti, razvoj regulatornih sposobnosti koje omogućavaju obavljanje vitalnih funkcija tijela, unatoč temperaturnim odstupanjima od optimalne. Kako se prilagoditi niske temperature kod životinja se formiraju takve karakteristike kao što su reflektirajuća površina tijela, paperje, perje i vuna kod ptica i sisara, masne naslage koje pružaju toplinsku izolaciju.

Na primjer, kod vrsta kao što su sobovi, polarni medvjedi, dlaka je šuplja i sadrži zrak, stvarajući dobru izolaciju zimi i zadržavajući toplinu, kao što zrak između dva okvira u kućama ne dozvoljava hlađenje dnevnog boravka. Kod životinja (ptica i životinja) tabani šapa mogu biti prekriveni perjem i vunom. Ovo je zaštitni uređaj protiv smrzavanja šapa pri kretanju po gustom snijegu i ledu. Zaobljene kratke uši gotovo su skrivene u vuni, koja ih također štiti od hlađenja tokom jakih mrazeva.

Kada temperatura zraka padne, mnoge životinje prelaze na jelo više kalorijske hrane. Na primjer, vjeverice u toploj sezoni jedu više od stotinu vrsta hrane, dok se zimi hrane uglavnom sjemenkama četinara bogatim mastima. Ljeti se jeleni uglavnom hrane travama, zimi - lišajevima, koji sadrže velike količine proteina, masti i slatkih tvari. Kod životinja, a prvenstveno stanovnika polarnih područja, sa smanjenjem temperature povećava se sadržaj glikogena u jetri, sadržaj askorbinska kiselina u tkivima bubrega. Kod sisara se uočava velika akumulacija nutrijenata u smeđem masnom tkivu u blizina iz vitalnih organa – srca i kičmene moždine – a to ima i adaptivni karakter.

Važno mjesto u savladavanju negativnog utjecaja niskih temperatura, posebno zimi, zauzima izbor mjesta za život životinja, zagrijavanje skloništa, gnijezda s puhom, suhim lišćem, produbljivanje rupa, zatvaranje njihovih ulaza, zauzimanje posebnog držanja ( na primjer, uvijanje u prsten, omotavanje repa), okupljanje u grupe, tzv. "gužva" itd. Neke životinje se griju trčanjem i skakanjem.

Životinje koje žive u hladnim krajevima (polarni medvjedi, kitovi, itd.) su u pravilu veće veličine. S povećanjem veličine, relativna površina tijela se smanjuje, a time i prijenos topline. Taj se fenomen naziva Bergmanovo pravilo, prema kojem od dvije blisko srodne toplokrvne vrste koje se razlikuju po veličini, veća živi u hladnijoj klimi. A prema Allenau pravilu mnogih sisara i ptica sjeverne hemisfere, relativne veličine udova i drugih izbočenih dijelova (uši, kljunovi, repovi) povećavaju se prema jugu i smanjuju prema sjeveru (kako bi se smanjio prijenos topline u hladnim klimama ).

U aktivnom stanju zimi u zoološkom vrtu možete promatrati brojne kopitare - predstavnike porodice jelena, goveda, kamile, odred grabežljivih sisara, a od ptica - jakutske sove, kamenog divlja i nevjerojatnu alpsku čavku.

Godine 2012. centar privlačnosti za posjetioce zoološkog vrta nesumnjivo je postala ženka polarnog medvjeda, koju su u aprilu pronašli učesnici međunarodnog projekta WWF usred arktičke pustinje. tekuće godine i dobio ime Kolyman. Rođena je, pretpostavlja se, u januaru, kako to obično biva u prirodi. Hrabra priroda Kolymane omogućila joj je da preživi u teškim uslovima Arktika. Danas je aktivna, jede govedinu i ribu, prima vitamine i minerale, riblje ulje. Vrijeme i učestalost hranjenja mijenjali su se kako su rasli. Sada dobija hranu 3 puta dnevno. Nakon večere voli da se opusti i, prema svakodnevnoj rutini koju je razvila, nakon večere odlazi u krevet. Iako svi posjetioci to ne razumiju, i uznemireni su ako to ne vide. Životinja mora imati mjesto za privatnost. To im pomaže da izbjegnu stresne situacije i normaliziraju reakcije u ponašanju. Kolymana ima dovoljno prostora za igru, kupanje i samoću u novom prostranom kavezu na otvorenom. Puštanje u rad novog kućišta planirano je za početak novembra. Polarni medvjedi, osim gravidnih ženki, ne spavaju zimski san. Kolymana je neplanski dodatak zoološkom vrtu, ali za njenu hranu ne treba da brinete, jer su muke oko snabdijevanja ribom pale na pleća zaposlenika Polar Airlinesa, koji su je uzeli pod starateljstvo.

Druga arktička vrsta je arktička lisica ili arktička lisica. Po veličini, arktička lisica je nešto manja od pravih lisica. Arktičke lisice su rasprostranjene po cijeloj tundri: na sjeveru - do obale oceana i na jugu - do sjeverne granice šume. Arktičke lisice dolaze u dvije boje: bijeloj i plavoj (tačnije tamnoj). Bijela lisica postaje čisto bijela tek zimi. Plava lisica je potpuno tamna i zimi i ljeti. Ljeti se arktičke lisice hrane uglavnom lemingima i voluharicama, a jedu i jaja, piliće, pa čak i odrasle ptice, posebno bijele jarebice, guske linjače, itd. Kada se promatraju u tundri masovna reprodukcija leminga, kod arktičkih lisica plodnost raste na 10-12 štenaca po leglu, a u mršavim godinama ženke donose samo 5-6 štenaca, koji se slabo hrane zbog nedostatka hrane.

U blizini arktičkih lisica u zoološkom vrtu naselile su se lisice dvije varijacije boja: crvena i crno-smeđa. Ova vrsta je sveprisutna - lisica se uspjela nastaniti u polarnoj tundri, u užurbanosti velikih gradova, u pustinjama Srednje Amerike i u azijskim stepama. Boja njene čuvene pahuljaste bunde varira od svijetlo kestena do vatrenocrvene, trbuh je crn ili bijel, rep je često ukrašen bijelim vrhom. Ukupno postoji 48 podvrsta crvene lisice, a da ne spominjemo smeđe, hibridne i crno-smeđe ili srebrne sorte.

Kameni golden je jedna od dvije najzastupljenije vrste glavni predstavnici iz porodice tetrijeba. Kaperkali su ptice koje zimuju. Zimi koriste snježne komore, u kojima provode noć, hrane se uglavnom vršnim izdancima ariša, a šape divljeg perja prekrivene su gustim perjem, samo kandže vire ispod perja.

Iz carstva snova

Pasivni put je podređivanje vitalnih funkcija tijela toku vanjskih temperatura. Nedostatak topline uzrokuje ugnjetavanje vitalne aktivnosti, što doprinosi ekonomičnom korištenju energetskih rezervi. I kao rezultat - povećanje stabilnosti ćelija i tkiva tijela. Elementi pasivne adaptacije, odnosno adaptacije, također su svojstveni endotermnim životinjama koje žive u uvjetima ekstremno niskih temperatura. To se izražava u smanjenju razine razmjene, usporavanju stope rasta i razvoja, što omogućava ekonomičnije trošenje resursa u odnosu na vrste koje se brzo razvijaju. Kod sisara i ptica, prednosti pasivne adaptacije u nepovoljnim periodima godine koriste vrste koje imaju sposobnost hibernacije ili tromosti.

U zoološkom vrtu hiberniraju mrki medvjedi, jazavci, marmoti. Smeđi medvjedi u zoološkom vrtu hiberniraju u drugoj polovini novembra i spavaju do treće dekade marta. Naučnici su dokazali da medvjedi ne idu u pravu hibernaciju, a ispravnije je njihovo stanje nazvati zimskim snom: zadržavaju punu vitalnost i osjetljivost, u slučaju opasnosti u prirodi napuštaju jazbinu i nakon lutanja šumom , zauzeti novu. Temperatura tijela mrkog medvjeda u snu varira između 29 i 34 stepena. Tokom zimskog sna, životinje troše malo energije, postoje samo na račun sala nagomilane u jesen, i na taj način preživljavaju oštre zime uz najmanje muke. Tokom zimovanja medvjed gubi i do 80 kg masti.

Prvi put u Jakutiji, u uslovima zoološkog vrta, jazavci hiberniraju u posebno pripremljenim za njih kućicama sa zadebljanim i izoliranim zidovima, gdje od sijena uređuju udobnu komoru za gniježđenje i uranjaju u zimski san. Ako je potrebno, mogu izaći da se hrane i nadopune svoje rezerve masti.

Najlukaviji

Izbjegavanje štetnih temperaturnih efekata - opšti način za sve organizme. Razvoj životnih ciklusa, kada se najranjivije faze razvoja odvijaju u periodima godine koji su povoljni u pogledu temperature. Izbjegavanje niskih temperatura u prirodi ptice selice odlete u toplije krajeve, a naše ptice sele u zimske stanove. Od 50 vrsta ptica, u kavezima na otvorenom ostaju samo orao, tetrijeb i alpske čavke. Ostalima, uključujući velike ptice grabljivice, potrebna je blaža klima. Istovremeno, za neke vrste, iste ptice grabljivice i ždralove, temperatura u zimskim prostorijama održava se niskom - od +10 do -10, a fazanima i drugim pticama potrebna je toplina. Zimi, u zoološkom vrtu, pored gore navedenih ptica otpornih na mraz, možete gledati i ždralove - sive, bijele (ždral) i japanske, koji se drže u novim ograđenim prostorima s velikim osmatračnicima.

Zoološki vrt je otvoren za posjetioce tokom cijele godine svakodnevno od 10-00 do 17-00 zimi.

Ako se ne bojiš Jakutski mrazevi, čekamo vas u jedinstvenom zoološkom parku, gdje se pod sjevernim nebom Jakutije naselilo više od 170 vrsta životinja - od tropskih žohara do velikih grabežljivih sisara.

Temperaturne granice postojanja vrsta. Načini njihove adaptacije na fluktuacije temperature.

Temperatura odražava prosječnu kinetičku brzinu atoma i molekula u bilo kojem sistemu. Temperatura organizama i, posljedično, brzina svih kemijskih reakcija koje čine metabolizam ovise o temperaturi okoline.

Stoga su granice postojanja života temperature na kojima je moguća normalna struktura i funkcioniranje proteina, u prosjeku od 0 do + 50 ° C. Međutim, brojni organizmi imaju specijalizirane enzimske sisteme i prilagođeni su aktivnom postojanju na tjelesnim temperaturama koje prelaze ove granice.

Vrste koje preferiraju hladno klasifikovane su kao ekološka grupa kriofili. Mogu ostati aktivni na ćelijskim temperaturama do

8 ... -10 °C, kada su njihove tjelesne tekućine u prehlađenom stanju. Kriofilija je karakteristična za predstavnike različitih grupa kopnenih organizama: bakterije, gljive, lišajevi, mahovine, člankonošci i druga bića koja žive u uslovima niskih temperatura: u tundri, arktičkim i antarktičkim pustinjama, u visoravnima, hladnim morima, itd. oblasti visokih temperatura, spadaju u grupu termofila. Termofilija karakterizira mnoge grupe mikroorganizama i životinja, na primjer, nematode, larve insekata, krpelji i drugi organizmi koji se nalaze na površini tla u aridnim područjima, u raspadnutim organskim ostacima tokom njihovog samozagrijavanja itd.

Temperaturne granice postojanja života uvelike su proširene, s obzirom na izdržljivost mnogih vrsta u latentnom stanju. Spore nekih bakterija podnose zagrijavanje do +180°C nekoliko minuta. U laboratorijskim eksperimentalnim uslovima, sjemenke, polen i spore biljaka, nematoda, rotifera, cista protozoa i niza drugih organizama su nakon dehidracije podnosili temperature blizu apsolutne nule (do -271,16°C), a zatim se vraćali aktivnom životu. U tom slučaju citoplazma postaje tvrđa od granita, svi molekuli su u stanju gotovo potpunog mirovanja i reakcije nisu moguće. Zaustavljanje svih vitalnih procesa u tijelu naziva se anabioza. Iz stanja anabioze, živa bića se mogu vratiti normalnoj aktivnosti samo ako nije poremećena struktura makromolekula u njihovim stanicama.

Značajan ekološki problem je nestabilnost, varijabilnost temperatura okoline koja okružuje organizme. Promjene temperature također dovode do promjena u stereohemijskoj specifičnosti makromolekula: tercijarne i kvartarne strukture proteina, strukture nukleinskih kiselina, organizacije membrana i drugih ćelijskih struktura.

Povećanje temperature povećava broj molekula koji imaju energiju aktivacije. Koeficijent koji pokazuje koliko se puta mijenja brzina reakcije kada se temperatura promijeni za 10°C, označavamo G 10 . Za većinu hemijskih reakcija, vrednost ovog koeficijenta je 2 - 3 (van't Hoffov zakon). Snažan pad temperature uzrokuje opasnost od takvog usporavanja metabolizma, u kojem će biti nemoguće obavljati osnovne vitalne funkcije. Prekomjerno povećanje metabolizma s povećanjem temperature također može izbaciti tijelo iz pogona mnogo prije termičke destrukcije enzima, jer se naglo povećava potreba za hranom i kisikom, koja se ne može uvijek zadovoljiti.

Budući da je vrijednost G 10 za različite biokemijske reakcije različita, promjene temperature mogu uvelike poremetiti ravnotežu metabolizma ako se brzine povezanih procesa mijenjaju na različite načine.

U toku evolucije, živi organizmi su razvili različite adaptacije koje im omogućavaju da regulišu svoj metabolizam kada se promeni temperatura okoline. To se postiže na dva načina: 1) raznim biohemijskim i fiziološkim promenama (promene skupa, koncentracije i aktivnosti enzima, dehidracija, snižavanje tačke smrzavanja telesnih rastvora itd.); 2) održavanje tjelesne temperature na stabilnijem nivou od temperature okoline, što omogućava da se ne remeti previše ustaljeni tok biohemijskih reakcija.

Izvor stvaranja topline u stanicama su dva egzotermna procesa: oksidativne reakcije i cijepanje ATP-a. Energija koja se oslobađa tokom drugog procesa ide, kao što je poznato, na realizaciju svih radnih funkcija ćelije, a energija oksidacije ide na redukciju ATP-a. Ali u oba slučaja, dio energije, prema drugom zakonu termodinamike, raspršuje se u obliku topline. Toplota koju proizvode živi organizmi kao nusproizvod biohemijskih reakcija može poslužiti kao značajan izvor povećanja njihove tjelesne temperature.

Međutim, predstavnici većine vrsta nemaju dovoljno visok nivo metabolizma i nemaju adaptacije za zadržavanje nastale topline. Njihova vitalna aktivnost i aktivnost zavise prvenstveno od topline koja dolazi izvana, a tjelesna temperatura - od kretanja vanjskih temperatura. Takvi organizmi se nazivaju poikilotermni. Poikilotermija je karakteristična za sve mikroorganizme, biljke, beskičmenjake i značajan dio hordata.

Homeotermne životinje mogu održavati konstantnu optimalnu tjelesnu temperaturu bez obzira na temperaturu okoline.

Homeotermija je karakteristična samo za predstavnike dvije najviše klase kičmenjaka - ptice i sisare. Poseban slučaj homoiotermije - heterotermija - karakterističan je za životinje koje u nepovoljnom periodu godine padaju u hibernaciju ili torpor. U aktivnom stanju održavaju visoku tjelesnu temperaturu, a u neaktivnom nižu, što je praćeno usporavanjem metabolizma. To su vjeverice, svizaci, ježevi, slepi miševi, puhovi, žigovi, kolibri itd. različite vrste mehanizmi koji obezbeđuju njihovu toplotnu ravnotežu i regulaciju temperature su različiti. One zavise i od evolutivnog nivoa organizacije grupe i od načina života vrste.

Efektivne temperature za razvoj poikilotermnih organizama. Ovisnost stopa rasta i razvoja o vanjskim temperaturama za biljke i poikilotermne životinje omogućava izračunavanje brzine prolaska njihovog životnog ciklusa pod određenim uvjetima. Nakon hladnog ugnjetavanja, normalan metabolizam se obnavlja za svaku vrstu na određenoj temperaturi, koja se naziva temperaturni prag razvoja. Što više temperatura okoline prelazi prag, razvoj teče intenzivnije i, posljedično, prije se završava prolazak pojedinih faza i cijeli životni ciklus organizma.

Dakle, za implementaciju genetskog programa razvoja, poikilotermni organizmi trebaju primiti određenu količinu topline izvana. Ova toplota se meri zbirom efektivnih temperatura. Efektivna temperatura je razlika između temperature okoline i temperaturnog praga za razvoj organizama. Za svaku vrstu ima gornje granice, jer previsoke temperature više ne stimulišu, već inhibiraju razvoj.

I prag razvoja i zbir efektivnih temperatura su različiti za svaku vrstu. One zavise od istorijskog prilagođavanja vrste uslovima života. Za sjeme biljaka umjerene klime, kao što su grašak, djetelina, prag razvoja je nizak: njihovo klijanje počinje pri temperaturama tla od 0 do +1°C; više južnjačkih kultura. - kukuruz i proso - počinju da klijaju tek na +8…+10°C, a seme urmine palme treba da zagreje tlo do +30°C da bi počelo razvoj.

Zbir efektivnih temperatura se izračunava po formuli

gdje je X zbir efektivnih temperatura, T je temperatura okoline, C je temperatura praga razvoja, a t je broj sati ili dana u kojima temperatura prelazi prag razvoja.

Poznavajući prosječni tok temperatura u bilo kojoj regiji, moguće je izračunati pojavu određene faze ili broj mogućih generacija vrsta koje nas zanimaju. Dakle, u klimatskim uvjetima sjeverne Ukrajine može se razmnožavati samo jedna generacija mljevenog moljca, a na jugu Ukrajine - do tri, što se mora uzeti u obzir pri izradi mjera za zaštitu voćnjaka od štetočina. Vrijeme cvjetanja biljaka ovisi o periodu za koji dobivaju zbir potrebnih temperatura. Za cvjetanje podbjele u blizini Lenjingrada, na primjer, zbir efektivnih temperatura je 77, oksalisa - 453, jagoda - 500, a žutog bagrema - 700 ° C.

Zbir efektivnih temperatura koje se moraju postići da bi se završio životni ciklus često ograničava geografsku distribuciju vrsta. Na primjer, severna granica drvenasta vegetacija približno se poklapa sa julskim izotermama + 10... + 12°S. Na sjeveru više nema dovoljno topline za razvoj drveća, a šumsku zonu zamjenjuje tundra bez drveća.

Proračuni efektivnih temperatura neophodni su u praksi poljoprivrede i šumarstva, suzbijanju štetočina, uvođenju novih vrsta itd. Oni daju prvu, približnu osnovu za izradu prognoza. Međutim, mnogi drugi faktori utiču na distribuciju i razvoj organizama, pa se u stvarnosti temperaturne zavisnosti ispostavljaju složenijima.

Veliki raspon temperaturnih fluktuacija je karakteristična karakteristika zemaljskog okruženja. U većini kopnenih područja dnevne i godišnje temperaturne amplitude su desetine stepeni. Čak iu vlažnim tropima, gdje prosječne mjesečne temperature variraju ne više od 1-2°C tokom godine, dnevne razlike su mnogo veće. U slivu Konga prosječne su 10-12°C (maksimalno +36, minimalno +18°C). Promjene temperature zraka posebno su značajne u subpolarnim kontinentalnim područjima i u pustinjama. U okolini Jakutska srednja januarska temperatura vazduha je -43°C, srednja julska temperatura je +19°C, a godišnji raspon je od -64 do +35°C, odnosno oko 100°C. Sezonski raspon temperature zraka u pustinjama Centralna Azija 68-77°S, a dnevna 25-38°S. Ove fluktuacije na površini tla su još značajnije.

Otpornost na temperaturne promjene u okolišu kopnenih stanovnika vrlo je različita, ovisno o tome kakvo je specifično stanište njihov život. Međutim, općenito govoreći, kopneni organizmi su mnogo euritermičniji od vodenih.

Temperaturne adaptacije kopnenih biljaka. Biljke, kao nepokretni organizmi, moraju postojati pod termičkim režimom koji se stvara na mjestima njihovog rasta. Više biljke umjereno hladnih i umjereno toplih zona su euritermne. Podnose temperaturne fluktuacije u aktivnom stanju, dostižući 60 ° C. Ako uzmemo u obzir latentno stanje, onda se ova amplituda može povećati na 90°C ili više. Na primjer, dahurski ariš može izdržati zimske mrazeve do -70°C u blizini Verkhoyansk i Oymyakon. Prašumske biljke su stenotermne. Ne podnose pogoršanje termičkog režima, pa čak i pozitivne temperature od +5 ... + 8 ° C su štetne za njih. Još više stenotermni su neki kriofilni zeleni i dijatomeji polarni led iu snježnim poljima visoravni, koji žive samo na temperaturama oko 0°C.

Toplotni režim biljaka je veoma varijabilan. Glavni načini prilagođavanja na temperaturne promjene u okolišu kod biljaka su biohemijska, fiziološka i neka morfološka preuređivanja. Biljke karakteriše vrlo slaba sposobnost regulacije sopstvene temperature. Toplota koja nastaje u procesu metabolizma, zbog svog otpada za transpiraciju, velike površine zračenja i nesavršenih mehanizama regulacije, brzo će se predati okolini. Od primarne važnosti u životu biljaka je toplota primljena izvana. Međutim, podudarnost temperatura tijela biljke i okoline prije treba smatrati izuzetkom nego pravilom, zbog razlike u stopama proizvodnje i oslobađanja topline.

Temperatura biljke zbog grijanja sunčeve zrake može biti viša od temperature okolnog zraka i tla. Ponekad ova razlika dostiže 24 ° C, kao, na primjer, u jastučastom kaktusu Terphrocactus floccosus, koji raste u peruanskim Andama na nadmorskoj visini od oko 4000 m. S jakom transpiracijom, temperatura biljke postaje niža od temperature zraka. Transpiracija kroz stomate je proces koji regulira biljke. S povećanjem temperature zraka, ona se povećava ako je moguće brzo opskrbiti lišće potrebnom količinom vode. Ovo štedi biljku od pregrijavanja opskrbljujući listovima potrebnu količinu vode. Ovo štedi biljku od pregrijavanja, snižavajući temperaturu za 4 - 6, a ponekad i za 10 - 15 ° C.

Temperatura različitih organa biljke je različita ovisno o njihovoj lokaciji u odnosu na upadne zrake i slojeve zraka različitog stupnja zagrijavanja. Toplina površine tla i površinskog sloja zraka posebno je važna za tundre i alpske biljke. Čučasti, špalirni i jastučasti oblici rasta, pritiskanje listova izdanaka rozete i polurozete na podlogu kod arktičkih i visokoplaninskih biljaka mogu se smatrati njihovom prilagodbom na najbolja upotreba toplota u uslovima u kojima to nije dovoljno.

U danima sa promjenljivom oblačnošću, nadzemni biljni organi doživljavaju oštre padove temperature. Na primjer, u efemeroidu šume sibirskog hrasta, kada oblaci prekriju sunce, temperatura lišća može pasti od +25 ... +27 do +10 ... + 15 ° C, a zatim, kada su biljke ponovo obasjan suncem, diže se na prethodni nivo. Po oblačnom vremenu temperatura listova i cvijeća je približna temperaturi okoline, a često i nekoliko stepeni niža. Kod mnogih biljaka temperaturna razlika je uočljiva čak i unutar istog lista. Obično su vrh i rubovi listova hladniji, pa se tokom noćnog zahlađenja na tim mjestima prije svega kondenzira rosa i stvara mraz.

Izmjena nižih noćnih i viših dnevnih temperatura (termoperiodizam) je povoljna za mnoge vrste. Biljke u kontinentalnim regijama najbolje rastu ako je amplituda dnevnih fluktuacija 10-15°C, većina biljaka u umjerenom pojasu - sa amplitudom od 5-10°C, tropskim - sa amplitudom od samo 3°C, a neke od njih (vuneno drvo, šećerna trska, kikiriki) - bez dnevnog temperaturnog ritma.

U različitim fazama ontogeneze, zahtjevi za toplinom su različiti. AT umjerena zona Klijanje sjemena obično se događa na nižim temperaturama od cvjetanja, a za cvjetanje je potrebna viša temperatura nego za sazrijevanje plodova.

Prema stepenu adaptacije biljaka na uslove ekstremnog nedostatka toplote, mogu se razlikovati tri grupe:

1) biljke koje nisu otporne na hladnoću - teško oštećene ili ubijene na temperaturama iznad tačke smrzavanja vode. Smrt je povezana sa inaktivacijom enzima, poremećenim metabolizmom nukleinskih kiselina i proteina, propusnošću membrane i prestankom protoka asimilata. To su biljke tropskih prašuma, alge topla mora;

2) biljke nisu otporne na mraz - podnose niske temperature, ali umiru čim se led počne stvarati u tkivima. S početkom hladne sezone povećavaju koncentraciju osmotski aktivnih tvari u ćelijskom soku i citopazmu, što snižava tačku smrzavanja na -5...-7°C. Voda u ćelijama može se ohladiti ispod nule bez trenutnog stvaranja leda. Prehlađeno stanje je nestabilno i traje najčešće nekoliko sati, što, međutim, omogućava biljkama da izdrže mrazeve. Ovo su neke zimzelene suptropske vrste. Tokom vegetacije, sve lisnate biljke su otporne na mraz;

3) biljke otporne na led ili mraz - rastu u područjima sa sezonskom klimom, sa hladnim zimama. Za vrijeme jakih mrazeva, nadzemni organi drveća i grmlja promrzavaju, ali ipak ostaju održivi.

Biljke se za prijenos mraza pripremaju postepeno, prolazeći prethodno kaljenje nakon završetka procesa rasta. Stvrdnjavanje se sastoji u akumulaciji u ćelijama šećera (do 20-30%), derivata ugljikohidrata, nekih aminokiselina i drugih zaštitnih tvari koje vežu vodu. Istovremeno se povećava otpornost ćelija na mraz, jer vezanu vodu teže je povući kristale leda formirane u tkivima. Ultrastrukture i enzimi su preuređeni na takav način da ćelije tolerišu dehidraciju povezanu sa stvaranjem leda.

Otapanje sredinom, a posebno krajem zime, uzrokuje naglo smanjenje otpornosti biljke na mraz. Nakon završetka zimskog mirovanja, očvršćavanje se gubi. Proljetni mrazevi, koji dolaze iznenada, mogu oštetiti izbojke koji su počeli rasti, a posebno cvijet, čak i kod biljaka otpornih na mraz.

Prema stepenu adaptacije na visoke temperature mogu se razlikovati sljedeće grupe organizama:

1) vrste koje nisu otporne na toplinu - oštećene već na +30 ... + 40 ° C (eukariotske alge, vodeno cvjetanje, kopneni mezofiti);

2) eukarioti otporni na toplotu - biljke suvih staništa sa jakom insolacijom (stepe, pustinje, savane, suvi suptropi itd.); podnose pola sata zagrijavanja do +50...+60°S;

3) prokarioti otporni na toplotu - termofilne bakterije i neke vrste plavo-zelenih algi, mogu živjeti u toplim izvorima na temperaturi od +85...+90°C.

Neke biljke su redovno zahvaćene požarima, kada temperatura nakratko poraste na stotine stepeni. Požari su posebno česti u savanama, u suvim šumama tvrdog drveta i grmlju kao što je čaparal. Postoji grupa pirofitnih biljaka koje su otporne na požar. Drveće savane ima debelu koru na deblu, impregniranu vatrostalnim tvarima, što pouzdano štiti unutarnja tkiva. Plodovi i sjemenke pirofita imaju debele, često orvnjene kože koje pucaju kada ih spali vatra.

Najčešće adaptacije koje omogućavaju izbjegavanje pregrijavanja su povećanje termičke stabilnosti protoplasta kao rezultat stvrdnjavanja, hlađenja tijela povećanom transpiracijom, refleksije i raspršivanja zraka koji padaju na biljku zbog sjajne površine listovi ili gusta pubescencija svijetlih dlačica i smanjenje grijane površine na ovaj ili onaj način. U mnogim tropskim biljkama iz porodice mahunarki, na temperaturi zraka iznad +35 ° C, listovi su složeni, što smanjuje apsorpciju zračenja za polovicu. Kod biljaka tvrdolisnih šuma i grmlja koje rastu pod jakom ljetnom insolacijom listovi su okrenuti od ruba do ruba. podnevne zrake sunca kako bi se spriječilo pregrijavanje.

Temperaturne adaptacije životinja. Za razliku od biljaka, životinje s mišićima proizvode mnogo više vlastite, urođene topline. Tokom mišićne kontrakcije oslobađa se mnogo više toplotne energije nego tokom funkcionisanja bilo kog drugog organa i tkiva, jer je efikasnost korišćenja hemijske energije za obavljanje mišićnog rada relativno niska. Što je muskulatura snažnija i aktivnija, životinja može proizvesti više topline. U poređenju sa biljkama, životinje imaju raznovrsnije mogućnosti regulacije, trajno ili privremeno, sopstvene telesne temperature. Glavni načini prilagođavanja temperature kod životinja su sljedeći:

1) hemijska termoregulacija - aktivno povećanje proizvodnje toplote kao odgovor na smanjenje temperature okoline;

2) fizička termoregulacija - promjena nivoa prijenosa topline, sposobnost zadržavanja topline ili, obrnuto, raspršivanja njenog viška. Fizička termoregulacija se provodi zbog posebnih anatomskih i morfoloških karakteristika građe životinja: dlaka i perje, detalji uređaja krvožilnog sistema, raspodjela masnih rezervi, mogućnosti evaporativnog prijenosa topline itd.;

3) ponašanje organizama. Krećući se kroz svemir ili mijenjajući svoje ponašanje na složenije načine, životinje mogu aktivno izbjegavati ekstremne temperature. Za mnoge životinje, ponašanje je gotovo jedini i vrlo efikasan način održavanja toplinske ravnoteže.

Poikilotermne životinje imaju nižu brzinu metabolizma od homoiotermnih životinja, čak i na istoj tjelesnoj temperaturi. Na primjer, pustinjska iguana na temperaturi od +37°C troši 7 puta manje kisika od glodara iste veličine. zbog smanjen nivo poikilotermne životinje proizvode malu izmjenu vlastite topline i, posljedično, njihove mogućnosti kemijske termoregulacije su zanemarljive. Fizička termoregulacija je također slabo razvijena. Poikilotermama je posebno teško odoljeti nedostatku topline. Sa smanjenjem temperature okoline svi vitalni procesi se jako usporavaju i životinje padaju u omamljenost.U takvom neaktivnom stanju imaju visoku otpornost na hladnoću, koju uglavnom obezbjeđuju biohemijske plantaže. Da bi prešle na aktivnost, životinje prvo moraju primiti određenu količinu topline izvana.

U određenim granicama, poikilotermne životinje mogu regulirati protok vanjske topline u tijelo, ubrzavajući zagrijavanje ili, obrnuto, izbjegavajući pregrijavanje. Glavni načini regulacije tjelesne temperature kod poikilotermnih životinja su bihevioralni - promjena držanja, aktivna potraga za povoljnim mikroklimatskim uvjetima, promjena staništa, niz specijaliziranih oblika ponašanja usmjerenih na održavanje uslova okoline i stvaranje željene mikroklime (kopanje rupe, građenje gnijezda itd.) .

Promjenom držanja životinja može povećati ili smanjiti zagrijavanje tijela zbog sunčevog zračenja. Na primjer, pustinjski skakavac izlaže široku bočnu površinu tijela sunčevim zracima u hladnim jutarnjim satima, a usku leđnu površinu u podne. Na ekstremnoj vrućini životinje se skrivaju u hladu, skrivaju se u jazbinama. U pustinji se tokom dana, na primjer, neke vrste guštera i zmija penju na žbunje, izbjegavajući kontakt s vrućom površinom tla. Do zime mnoge životinje traže sklonište, gdje su temperature blaže nego u otvorenim staništima. Oblici ponašanja društvenih insekata su još složeniji: pčele, mravi, termiti, koji u sebi grade gnijezda sa dobro reguliranom temperaturom, gotovo konstantnom u periodu aktivnosti insekata.

Kod nekih vrsta je također zabilježena sposobnost hemijske termoregulacije. Mnoge poikilotermne životinje su sposobne održavati optimalnu tjelesnu temperaturu zahvaljujući radu mišića, međutim, prestankom fizičke aktivnosti, toplina prestaje proizvoditi i brzo se raspršuje iz tijela zbog nesavršenosti mehanizama fizičke termoregulacije. Na primjer, bumbari zagrijavaju tijelo posebnim mišićnim kontrakcijama - drhtanjem - do +32 ... + 33 ° C, što im daje priliku da polete i hrane se po hladnom vremenu.

Kod nekih vrsta postoje i adaptacije za smanjenje ili povećanje prijenosa topline, odnosno rudimenti fizičke termoregulacije. Brojne životinje izbjegavaju pregrijavanje povećavajući gubitak topline kroz isparavanje. Žaba gubi 7770 J na sat na +20°C na kopnu, što je 300 puta više od sopstvene proizvodnje toplote. Mnogi gmizavci, kada se temperatura približi gornjoj kritičnoj, počinju teško disati ili držati otvorena usta, povećavajući povrat vode iz sluznice.

Homeotermija je evoluirala iz poikilotermije poboljšanjem metoda regulacije prijenosa topline. Sposobnost takve regulacije slabo je izražena kod mladih sisara i gnijezda i u potpunosti se manifestira samo u odraslom stanju.

Odrasle homoiotermne životinje karakterizira tako efikasna regulacija unosa i izlaza topline da im omogućava održavanje konstantne optimalne tjelesne temperature u svim godišnjim dobima. Mehanizmi termoregulacije kod svake vrste su višestruki i raznoliki. To osigurava veću pouzdanost mehanizma za održavanje tjelesne temperature. Stanovnici sjevera kao što su arktička lisica, bijeli zec, jarebica tundre normalno su održivi i aktivni čak iu najtežim mrazima, kada je razlika u temperaturi zraka i tijela preko 70 ° C.

Ekstremno visoka otpornost homoiotermnih životinja na pregrijavanje je sjajno demonstrirana prije otprilike dvije stotine godina u eksperimentu dr. C. Blagdena u Engleskoj. Zajedno sa nekolicinom prijatelja i psom proveo je 45 minuta u suvoj komori na temperaturi od +126°C bez štetnih posledica po zdravlje. Istovremeno se ispostavilo da je komad mesa unet u komoru prokuhan, a hladna voda, čije je isparavanje sprečavao sloj ulja, zagrejana je do ključanja.

Toplokrvne životinje imaju vrlo visoku sposobnost hemijske termoregulacije. Odlikuje ih visoka brzina metabolizma i proizvodnja velike količine topline.

Za razliku od poikilotermnih procesa, pod dejstvom hladnoće u organizmu homoiotermnih životinja, oksidativni procesi ne slabe, već se pojačavaju, posebno u skeletnim mišićima. Kod mnogih životinja primjećuju se mišićni tremori, što dovodi do oslobađanja dodatne topline. Osim toga, ćelije mišića i mnogih drugih tkiva emitiraju toplinu čak i bez provedbe radnih funkcija, dolazeći u stanje posebnog termoregulatornog tonusa. Termički učinak mišićne kontrakcije i termoregulacijski tonus stanica naglo se povećava sa smanjenjem temperature.

Kada se proizvodi dodatna toplota, metabolizam lipida se posebno pojačava, jer neutralne masti sadrže glavni izvor hemijske energije. Zbog toga rezerve masti životinja obezbeđuju bolju termoregulaciju. Sisavci imaju čak i specijalizovano smeđe masno tkivo u kojem se sva oslobođena hemijska energija, umjesto da se pretvori u ATP veze, raspršuje u obliku topline, odnosno ide na zagrijavanje tijela. Smeđe masno tkivo je najrazvijenije kod životinja hladne klime.

Održavanje temperature zbog povećanja proizvodnje topline zahtijeva veliki utrošak energije, stoga, s povećanjem kemijske termoregulacije, životinje ili trebaju veliku količinu hrane ili troše mnogo ranije nakupljenih rezervi masti. Na primjer, sićušna rovka ima izuzetno visoku brzinu metabolizma. Izmjenjujući vrlo kratke periode sna i aktivnosti, aktivan je u bilo koje doba dana, ne hibernira i jede hranu i 4 puta veću od vlastite težine dnevno. Brzina otkucaja srca rovki je do 1000 otkucaja u minuti. Isto tako, pticama koje ostaju preko zime potrebno je puno hrane; ne boje se toliko mraza koliko gladi. Dakle, uz dobru žetvu sjemena smreke i bora, križokljuni čak i zimi uzgajaju piliće.

Jačanje hemijske termoregulacije, dakle, ima svoje granice, zbog mogućnosti dobijanja hrane.

Uz nedostatak hrane zimi, ova vrsta termoregulacije je ekološki nepovoljna. Na primjer, slabo je razvijen kod svih životinja koje žive izvan arktičkog kruga: arktičke lisice, morževi, tuljani, polarni medvjedi, sobovi itd. Za stanovnike tropskih krajeva kemijska termoregulacija također nije tipična, jer im praktički nije potrebna dodatna proizvodnja toplote.

Fizička termoregulacija je ekološki korisnija, jer se adaptacija na hladnoću ne odvija zbog dodatne proizvodnje topline, već zbog njenog očuvanja u tijelu životinje. Osim toga, moguće je zaštititi od pregrijavanja povećanjem prijenosa topline tokom spoljašnje okruženje. U filogenetskom nizu sisara – od insektivoda do slepih miševa, glodara i grabežljivaca – mehanizmi fizičke termoregulacije postaju sve savršeniji i raznovrsniji. To uključuje refleksno suženje i širenje krvnih žila kože, što mijenja njenu toplotnu provodljivost, promjene u toplinskoizolacijskim svojstvima krzna i perja, protustrujni prijenos topline u opskrbi krvlju pojedinih organa i regulaciju prijenosa topline isparavanja. .

Gusto krzno sisara, perje i posebno donji pokrivač ptica omogućavaju zadržavanje sloja zraka oko tijela s temperaturom približnom onoj u tijelu životinje i na taj način smanjuju toplinsko zračenje u vanjsko okruženje. Prijenos topline regulira se nagibom dlake i perja, sezonskom promjenom krzna i perja. Izuzetno toplo zimsko krzno životinja sa Arktika omogućava im da bez povećanja metabolizma po hladnom vremenu i smanjuje potrebu za hranom. Na primjer, arktičke lisice na obali Arktičkog oceana zimi konzumiraju čak i manje hrane nego ljeti.

Kod životinja hladne klime sloj potkožnog masnog tkiva je raspoređen po cijelom tijelu, jer je mast dobar izolator topline. Kod životinja s vrućom klimom takva raspodjela masnih rezervi dovela bi do uginuća od pregrijavanja zbog nemogućnosti uklanjanja viška topline, pa se masnoća skladišti lokalno u njima, u odvojenim dijelovima tijela, ne ometajući toplinsko zračenje iz tijela. zajedničke površine (deve, debelorepe ovce, zebu itd.). ).

Protustrujni sistemi za izmjenu topline koji pomažu u održavanju stalne temperature unutrašnjih organa nalaze se u šapama i repovima torbara, lenjivca, mravojeda, prosimana, peronožaca, kitova, pingvina, ždralova itd.

Efikasan mehanizam za regulisanje prenosa toplote je isparavanje vode kroz znojenje ili kroz vlažne sluzokože usne duplje i gornjih disajnih puteva. Budući da je toplota isparavanja vode velika (2,3*10 6 J/kg), na ovaj način se iz tijela uklanja mnogo viška topline. Sposobnost proizvodnje znoja je vrlo različita kod različitih vrsta. Osoba na ekstremnoj vrućini može proizvesti do 12 litara znoja dnevno, odvodeći toplinu deset puta više od uobičajene. Izlučena voda se, naravno, mora nadomjestiti pićem. Kod nekih životinja do isparavanja dolazi samo kroz sluznicu usta. Kod psa kod kojeg je kratkoća daha glavna metoda evaporativne termoregulacije, brzina disanja u ovom slučaju doseže 300-400 udisaja u minuti. Regulacija temperature isparavanjem zahtijeva od tijela da troši vodu i stoga nije moguća u svim uvjetima postojanja.

Poprilično važnost Za održavanje temperaturne ravnoteže, ima omjer površine tijela i njegovog volumena, budući da, u krajnjoj liniji, obim proizvodnje topline ovisi o masi životinje, a razmjena topline se odvija kroz njene integumente.

Veza između veličine i proporcija tijela životinja i klimatskih uvjeta njihovog staništa uočena je još u 19. stoljeću. Prema pravilu K. Bergmana, ako se dvije blisko srodne vrste toplokrvnih životinja razlikuju po veličini, tada veća živi u hladnijoj klimi, a manja u toplijoj klimi. Bergman je naglasio da se ova pravilnost manifestira samo ako se vrste ne razlikuju u drugim adaptacijama za termoregulaciju.

D. Allen je 1877. godine primijetio da se kod mnogih sisara i ptica sjeverne hemisfere relativne veličine udova i raznih izbočenih dijelova tijela (repovi, uši, kljunovi) povećavaju prema jugu. Termoregulacijski značaj pojedinih dijelova tijela daleko je od ekvivalentnog. Izbočeni dijelovi imaju veliku relativnu površinu, što je pogodno u vrućim klimama. Kod mnogih sisara, na primjer, uši su od posebne važnosti za održavanje toplinske ravnoteže, jer su opskrbljene velikim brojem krvnih žila. Ogromne uši afričkog slona, ​​male pustinjske lisice feneka, američkog zeca pretvorile su se u specijalizovana tela termoregulacija.

Rice. 11. Relativna veličina ušnih školjki kod zečeva.

Slijeva na desno: zec; tolay; american hare.

Prilikom prilagođavanja hladnoći očituje se zakon ekonomičnosti površine, jer je kompaktan oblik tijela s minimalnim omjerom površine i zapremine najkorisniji za održavanje topline. U određenoj mjeri, to je karakteristično i za biljke koje formiraju guste jastučaste forme s minimalnom površinom prijenosa topline u sjevernoj tundri, polarnim pustinjama i visoko u planinama.

Bihevioralne metode regulacije izmjene topline za toplokrvne životinje nisu ništa manje važne nego za poikilotermne životinje, a također su izuzetno raznolike - od promjene držanja i traženja skloništa do izgradnje složenih jazbina, gnijezda, bliskih i dalekih migracija.

U jazbinama zakopanih životinja tok temperatura se izglađuje što je jače što je dubina jame veća. U srednjim geografskim širinama, na udaljenosti od 150 cm od površine tla, prestaju se osjećati čak i sezonske fluktuacije temperature. Posebno vješto izgrađena gnijezda također održavaju ujednačenu, povoljnu mikroklimu. U gnijezdu obične sjenice nalik na filc, koje ima samo jedan uski bočni ulaz, toplo je i suho po svakom vremenu.

Posebno je zanimljivo grupno ponašanje životinja u svrhu termoregulacije. Na primjer, neki pingvini u jakom mrazu i snježnim olujama skupljaju se u gustu gomilu, takozvana "kornjača". Jedinke koje su na ivici nakon nekog vremena probijaju se unutra, a "kornjača" polako kruži i kreće se. Unutar takvog klastera temperatura se održava na oko + 37 ° C čak iu najtežim mrazima. Stanovnici pustinje, kamile, takođe se skupljaju na velikoj vrućini, držeći se jedni za druge, ali se time postiže suprotan efekat – sprečavanje jakog zagrevanja površine tela sunčevim zracima. Temperatura u središtu klastera životinja jednaka je temperaturi njihovog tijela, +39°C, dok se krzno na leđima i bokovima ekstremnih jedinki zagrijava do +70°C.

Kombinacija efikasnih metoda hemijske, fizičke i bihevioralne termoregulacije sa generalno visokim nivoom oksidativnih procesa u telu omogućava homoiotermnim životinjama da održe svoju toplotnu ravnotežu u pozadini velikih fluktuacija spoljne temperature.

Ekološke prednosti poikilotermije i homoiotermije. Pijači su zbog opšteg karaktera lutermične životinje nizak nivo metabolički procesi su dovoljno aktivni samo blizu gornje temperaturne granice postojanja. Posjedujući samo odvojene termoregulacijske reakcije, ne mogu osigurati postojanost prijenosa topline. Stoga, sa fluktuacijama temperature okoline, aktivnost poikilotermi je isprekidana. Ovladavanje staništima sa konstantno niskim temperaturama teško je hladnokrvnim životinjama. To je moguće samo uz razvoj hladne stenotermije i dostupno je u kopnenoj sredini samo malim oblicima koji su u stanju da iskoriste prednosti mikroklime.

Podređenost tjelesne temperature temperaturi okoline ima, međutim, niz prednosti. Smanjenje razine metabolizma pod utjecajem hladnoće štedi troškove energije i naglo smanjuje potrebu za hranom.

U suhoj, vrućoj klimi, poikilotermnost omogućava izbjegavanje prevelikih gubitaka vode, jer praktično odsustvo razlika između tjelesne i temperature okoline ne uzrokuje dodatno isparavanje. Poikilotermne životinje lakše podnose visoke temperature i sa nižim troškovima energije od homoiotermnih životinja, koje troše mnogo energije da uklone višak topline iz tijela.

Organizam homoiotermne životinje uvijek funkcionira samo u uskom rasponu temperatura. Izvan ovih granica, homoiotermima je nemoguće ne samo održati biološku aktivnost, već i doživjeti depresivno stanje, jer su izgubili izdržljivost na značajne fluktuacije tjelesne temperature. S druge strane, odlikujući se visokim intenzitetom oksidativnih procesa u tijelu i posjedovanjem moćnog kompleksa termoregulatornih sredstava, homoiotermne životinje mogu održavati konstantnu temperaturu optimalnu za sebe uz značajna odstupanja vanjskih temperatura.

Rad mehanizama termoregulacije zahtijeva visoke energetske troškove, za nadoknadu kojih je životinji potrebna pojačana prehrana. Stoga je jedino moguće stanje životinja s kontroliranom tjelesnom temperaturom stanje stalne aktivnosti. U hladnim krajevima ograničavajući faktor njihove distribucije nije temperatura, već mogućnost redovnog snabdijevanja hranom.

Vlažnost.

Adaptacije organizma

Na vodni režim

Prizemno-vazdušno okruženje

Svi hemijski procesi koji se odvijaju u telu zavise od temperature. Promjene toplinskih uvjeta, koje se često primjećuju u prirodi, duboko se odražavaju na rast, razvoj i druge manifestacije vitalne aktivnosti životinja i biljaka. Organizmi sa promenljivom telesnom temperaturom su poikilotermni, a organizmi sa konstantnom telesnom temperaturom su homeotermni. Poikilotermne životinje u potpunosti ovise o temperaturi okoline, dok su homeotermne životinje u stanju održavati konstantnu tjelesnu temperaturu bez obzira na promjene temperature okoline. Velika većina kopnenih biljaka i životinja u stanju aktivnog života ne podnosi negativne temperature i umire. Gornja temperaturna granica života nije ista za različite vrste, rijetko iznad 4045 C. Neke cijanobakterije i bakterije žive na temperaturama od 7090 C, a neki mekušci mogu živjeti u toplim izvorima (do 53 C). Za većinu kopnenih životinja i biljaka, optimalni temperaturni uslovi variraju u prilično uskim granicama (1530 C). Gornji prag temperature života određen je temperaturom koagulacije proteina, jer se ireverzibilna koagulacija proteina (kršenje strukture proteina) javlja na temperaturi od oko 60 C.

Poikilotermni organizmi su u procesu evolucije razvili različite adaptacije na promjenjive temperaturne uvjete okoline. Glavni izvor toplotne energije kod poikilotermnih životinja je vanjska toplota. Poikilotermni organizmi razvili su različite adaptacije na niske temperature. Neke životinje, na primjer, arktičke ribe, koje stalno žive na temperaturi od 1,8 C, sadrže tvari (glikoproteine) u tkivnoj tekućini koje sprječavaju stvaranje kristala leda u tijelu; insekti akumuliraju glicerol u ove svrhe. Druge životinje, naprotiv, povećavaju proizvodnju topline tijela zbog aktivne kontrakcije mišića, pa povećavaju tjelesnu temperaturu za nekoliko stupnjeva. Drugi regulišu razmjenu topline razmjenom topline između žila cirkulacijskog sistema: žile koje izlaze iz mišića su u bliskom kontaktu sa sudovima koji dolaze iz kože i nose ohlađenu krv (ovaj je fenomen karakterističan za hladnovodne ribe). Adaptivno ponašanje se vidi u činjenici da mnogi insekti, gmizavci i vodozemci biraju mjesta na suncu za grijanje ili mijenjaju različite položaje kako bi povećali površinu grijanja.

Kod brojnih hladnokrvnih životinja, tjelesna temperatura može varirati ovisno o tome fiziološko stanje: na primjer, kod letećih insekata, unutrašnja tjelesna temperatura može porasti za 1012 C ili više zbog pojačanog rada mišića. Društveni insekti, posebno pčele, su se razvili efikasan metod održavanje temperature kolektivnom termoregulacijom (u košnici se može održavati temperatura od 3435 C, neophodna za razvoj larvi).

Poikilotermne životinje su sposobne da se prilagode visokim temperaturama. To se također događa na različite načine: prijenos topline može nastati zbog isparavanja vlage s površine tijela ili sa sluzokože gornjih dišnih puteva, kao i zbog potkožne vaskularne regulacije (na primjer, kod guštera, brzina protok krvi kroz sudove kože povećava se s povećanjem temperature).

Najsavršenija termoregulacija uočena je kod ptica i sisara, homoiotermnih životinja. U procesu evolucije stekli su sposobnost održavanja stalne tjelesne temperature zbog prisustva srca sa četiri komore i jednog luka aorte, što je osiguralo potpuno razdvajanje arterijskog i venskog krvotoka; visok metabolizam; pero ili linija kose; regulacija prijenosa topline; dobro razvijen nervni sistem stekao je sposobnost da aktivno živi na različitim temperaturama. Kod većine ptica tjelesna temperatura je nešto iznad 40 o C, dok je kod sisara nešto niža. Za životinje je veoma važna ne samo sposobnost termoregulacije, već i adaptivno ponašanje, izgradnja posebnih skloništa i gnijezda, izbor mjesta sa više povoljna temperatura itd. Također su u stanju da se prilagode niskim temperaturama na nekoliko načina: osim perjem ili dlakom, toplokrvne životinje smanjuju gubitak topline uz pomoć drhtanja (mikrokontrakcije naizgled nepokretnih mišića); kada se smeđe masno tkivo oksidira kod sisara, stvara se dodatna energija koja podržava metabolizam.

Prilagodba toplokrvnih životinja na visoke temperature u mnogome je slična sličnim adaptacijama hladnokrvnih - znojenje i isparavanje vode iz sluznice usta i gornjih dišnih puteva, ptice imaju samo potonju metodu, jer nemaju znojne žlezde; širenje krvnih žila smještenih blizu površine kože, što pojačava prijenos topline (kod ptica se ovaj proces događa u nepernatim dijelovima tijela, na primjer, kroz češalj). Temperatura, kao i svjetlosni režim od kojeg zavisi, prirodno se mijenja tokom cijele godine iu vezi sa geografskom širinom. Stoga su sve adaptacije važnije za život na niskim temperaturama.