Влияние температуры на жизнедеятельность организмов. - раздел Экология, Курс лекций по ЭКОЛОГИИ В Процессе Эвлюции Каждый Вид Приспособился К Существованию В Условиях Опреде...
В процессе эвлюции каждый вид приспособился к существованию в условиях определенного диапазона температур и при определенном температурном режиме. Это обусловлено тем, что обменные реакции являются ферментативными, а каждый фермент действует в строго определенном диапазоне температур. По этой причине граница существования жизни определяется температурой, при которой возможно нормальное строение и функционирование белков. В естественных условиях крайние пределы простираются от- 70 до 
, а в условиях эксперимента от почти абсолютного нуля (
) до + 180 град. С.
Поскольку температура сказывается на характере и скорости протекания всех жизненно важных физико-химических процессов в клетках, то ее влияние проявляется на ходе роста, развития, размножения организмов, их форме, размерах, физиологических и поведенческих реакциях, а также на численности и распространении. Проиллюстрируем это несколькими примерами. Так холодостойкие (или криофильные) деревья и кустарники в Якутии не вымерзают при температуре минус 
. Некоторые животные (черви, моллюски, членистоногие) сохраняют активность при температуре минус 
, когда жидкость тела находится в переохлажденном состоянии. Их антиподы – термофилы не переносят низких температур и нередко гибнут уже при 
.
Таким образом, общие закономерности воздействия температуры на живые организмы проявляются в их способности существовать в определенном диапазоне температур. Этот диапазон ограничен нижней и верхней летальной температурами. Температура, наиболее благоприятная для жизнедеятельности, называется оптимальной. Температурный оптимум большинства организмов находится в пределах +
, в умеренных и холодных зонах России оптимальны температуры от +
, а у обитателей жарких и сухих районов температурный оптимум достигает +
, в отдельных случаях +
.
В зависимости от интервала температуры организмы делятся на эвритермные (большинство обитателей континентальных районов) и стенотермные. Однако температурный оптимум у разных видов и даже на разных стадиях развития у одного бывает неодинаков (для яиц бабочки озимой совки, например, оптимальна температура +
, гусениц 
, куколок 
). Минимальную и максимальную температуру называют соответственно нижним и верхним порогом развития или нижним и верхним биологическим нулем. Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Зная сумму эффективных температур вида (его температурную константу С) и сумму тепла той или иной местности (С1), можно определить возможность существования вида. Так, если С1/С больше или равно 1, то вид может существовать при данной температуре, если для насекомых С1/С >2, то возможно 2 или более поколений.
Развитие эндотермных животных в меньшей степени зависит от температуры окружающей среды, хотя и им свойственны определенные оптимум, пессимум и пороги существования в целом. Так, молодняк у мышевидных грызунов осенью и зимой развивается в 10 раз медленнее, но к моменту полового созревания оказывается крупнее, чем в летний период. Это проявляется и у других видов, в т.ч. и человека.
Влияние температуры проявляется в ряде морфологических адаптаций. Так в Арктике и высокогорье (где мало тепла) распространены стелющиеся, подушковидные и розеточные растения, избегающие отрицательного воздействия низких температур под снегом. Для растений и эктотермных животных сумма эффективных температур величина постоянная, если другие факторы находятся в оптимуме. Так, земляника зацветает при сумме эффективных температур 
., икра рыбы форели при 
развивается 205 дней, при 
- 82 дня, а при 
- 41 день. Сильные холода и чрезвычайная жара вызывают иногда сбрасывание намболее чувствительных частей тела у растений ( цветки, завязь) или приводят к состоянию вынужденного покоя.
Морфологические адаптации к температуре довольно четко проявляются и у животных, у которых формируются такие признаки, как отражательная поверхность тела, пуховой, перьевой или волосяной покров, жировые отложения. Так у большинства животных Арктики и высокогорий окраска темная, а у обитателей низких широт поверхность блестящая, отражательная. Эндотермные (теплокровные) животные высоких широт, как правило, крупнее родственных видов, обитающих в жарком климате. Это способствует относительному уменьшению теплоотдачи, поскольку уменьшается относительная поверхность тела. У хладнокровных животных наблюдается обратная закономерность (правило Бергмана).
В соответствии с температурой среды варьируют также размеры выступающих частей тела. У видов, живущих в более холодном климате, конечности, уши и хвост, как правило, меньше, чем у родственных видов из более теплых мест (правило Аллена).
Третье правило, известное как правило Глогера, гласит, что окраска животных вхолодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном. Кроме того, у видов теплых стран вес органов, связанных с обменом веществ (сердце, почки, печень), меньше, чем у особей того же вида, живущих в более холодных зонах.
Как общая закономерность наблюдается запаздывания сроков развития фенологических явлений на 4 дня с продвижением на каждый градус широты и 5 градусов долготы (биоклиматический закон А.Хопкинса).
Адаптации проявляются и на уровне физико-химических процессов, протекающих в клетках, тканях и органах. Так при понижении температуры в клетках растений повышается концентрация растворов, увеличивается осмотическое давление клеточного сока, уменьшается содержание свободной и увеличивается количество связанной воды. Важным приспособлением к низким температурам является и отложение запасных питательных веществ (жиров, масел, гликогена, аскорбиновой кислоты), которые придают цитоплазме устойчивость к замерзанию и другим неблагоприятным воздействиям зимнего периода.
Все темы данного раздела:
Тема 1. История, предмет, структура и задачи экологии.
Цель: Ознакомиться с основными этапами становления и развития экологии, ее структурой и задачами.
1.1. История экологии.
1.1.1.Формирование естественно-исторически
Формирование естественно-исторических представлений в древнем мире, средневековье и 16-18 столетиях.
Термин «экология» (от греческого слова «oicos» - дом, жилище и «logos» - наука, учение; в буквальном смысле - наука о местообитании) предложил известный немецкий естествоиспытатель
Развитие экологического направления в 19 столетии.
Отличительной особенностью первой половины 19 века стало осознание боль шинством естествоиспытателей ведущей роли среды в существовании органическо го мира, что наиболее четко сформ
Развитие экологии в первой половине 20 века.
Важным событием начала 20 века явилось официальное признание «Экологии» и ее деление на эутэкологию и синэкологию (111 Международный ботанический конгресс: Брюссель, 1910г.). В это
Развитие экологии во второй половине 20-начале 21 веков.
С середины 20 века развитие экологии характеризуется:
- значительным расширением масштабов экологических исследований во многих странах (объем информации удваивается каждые
Предмет и структура экологии.
Исключительное разнообразие живых организмов нашей планеты (описано около 7 млн. видов, общее количество оценивается в 80-100 млн.) и разные уровни организации жизни (до 10-12) опре
Важнейшие задачи экологии.
Важнейшими задачами, стоящими пред современной экологией является изучение:
- экологических механизмов адаптации организмов к окружающей среде;
- механизмов регуля
Экология в системе наук.
Как уже отмечалось, экология относится к фундаментальным биологическим наукам, изучающим взаимоотношения организмов между собой и окружающей средой. Однако, поскольку некоторые аспекты этих отношен
Методы экологических исследований.
Общность объектов исследований экологии и других наук предполагает использование в экологических исследованиях методов и понятий, применяемых в физиологии, морфологии, химии, географии, геологии, ч
Экологическая пластичность видов; ее изменчивость в онтогенезе и по сезонам года.
Любой организм в процессе жизнедеятельности испытывает влияние множества экологических факторов. В любом случае эффект (или ответная реакция) зависит от их количеств
Закономерности совместного действия факторов.
Любой организм одновременно испытывает влияние большого количества факторов, каждый из которых может действовать как:
-ограничитель, определяющий возможность существования
Окружающая среда человека.
Окружающая человека среда включает элементы неживой природы, затем живую природу, а также множество факторов, связанных с жизнью и деятельностью самого человека. Человек по разному
Биосфера как специфическая геосфера Земли. Структура биосферы.
Земля является третьей по счету большой планетой в системе маленькой по величине (диаметр около 1,5 млн. км) и средней по яркости звезды Солнца, входящей в состав гигантской Галактической звездной
Важнейшие компоненты биосферы, закономерности их взаимодействия.
Биосфера состоит из нескольких компонентов :
- живого вещества – совокупности всех живых организмов;
-биогенного вещества, то есть всех форм вещества, создаваемого и перерабатывае
Признаки, функции и свойства живых систем.
Все живые системы обладают следующими основными признаками:
- Единство химического состава. В живых организмах 98 % химического состава приходится на 6 элементов (м
Биосфера как арена жизни
В состав биосферы по В.И. Вернадскому входит вся водная, верхняя часть твердой и нижняя часть воздушной оболочки. Еще недавно верхнюю границу биосферы проводили на высоте 15-20 км,
Биосфера как целостная система
Три составные части биосферы – гидро-, лито- и атмосфера, тесно связаны и вместе образуют единую саморегулирующуюся экосистему , обеспечивающую глобальный круговорот веществ через с
Тема 4. Среды жизни и адаптации к ним организмов.
Цель: ознакомиться со спецификой сред жизни и важнейшими особенностями адаптации к ним организмов различных экологических групп.
4. Среды жизни
4.1
Общая характеристи.
Водная среда является той средой, где возникла и более 3 млдр. лет развивается жизнь. Она сыграла важную роль в геологической истории Земли и сейчас определяет ее важнейшие параметр
Специфика водной среды как арены жизни.
Значительная протяженность гидросферы и специфика физического состояния воды определяют многие ее свойства, отличающие от других сред. Это – большая плотность, значительные перепады давления, слаба
Специфика адаптаций и экологические группы гидробионтов.
Разнообразие условий водной среды определило многочисленность адаптаций гидробионтов. Вместе с тем, водные организмы в целом обладают меньшей экологической пластичностью, чем наземные, так как водн
Загрязнение поверхностных и подземных вод.
Необходимым условием сохранения качества воды является защита ее от загрязнения. Загрязнение воды – это привнесение или образование в ней физических, химических и биологических комп
Контроль и нормирование загрязнений воды.
Контроль качества воды осуществляется путем анализа проб, количество которых (не реже одного раза в месяц) и место отбора (обычно в радиусе 1 км от водозабора) определяются с учетом гидрологических
Почвы, их состав и свойства
Почва по определению В.В.Докучаева это наружный слой горных пород, измененный под влиянием воды, воздуха и различных организмов
Любую почву можно рассматривать как гетероге
Почва как среда обитания
Почва (эдафический фактор) является второй жизненной средой нашей планеты, которая сформировалась в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под воздейств
Земельные ресурсы.
Особое свойство почвенного покрова – его плодородие, придает почвам характер важнейшего производственного ресурса в сфере сельского хозяйства, хотя земля выполняет функции пространственного базиса
Загрязнение почв.
Одной из причин деградации почвенного покрова является его загрязнение. Основными и наиболее опасными загрязнителями почв являются пестициды, нитраты, нитриты, тяжелые металлы, нефт
Охрана почв и земельных ресурсов.
Под охраной почв понимают комплекс мероприятий по сохранению целостности почвенного покрова и его плодородия. Она включает следующее:
- Запрещение и ограничение использования ценных земель
Охрана недр.
Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой добываются полезные ископаемые. В соответствии с законом «О недрах (1995) и «Об охране окружающей среды» (2002), о
Наземно - воздушная среда.
4.3.1. Общая характеристика наземно-воздушной среды.
4.3.2. Солнечное излучение и его роль и в жизни наземных организмов.
4.3.3. Влияние температуры на живые организмы.
4
Специфика теплообмена растений и животных.
Суточные и сезонные колебания температуры, масштабы которых возрастают с удалением от экватора, привели к формированию рядаадаптаций, которые осуществляются:
- активным пут
Адаптации наземных растений и животных к водному режиму.
Нормальное функционирование растений возможно лишь при достаточном обеспечении их водой. Низшие растения влагу поглощают всей поверхностью, мхи - ризоидами, а высшие растения – корнями (и некоторым
Совместное действие температуры и влажности.
Любой организм в природе одновременно испытывает воздействие многих факторов, причем ведущими во многих их совокупностях часто являются температура и влажность. Их сочетание в известной мере опреде
Загрязнение атмосферы и основные методы очистки выбрасов от примесей.
По своему химическому составу атмосферный воздух представляет собой смесь газов. Различают постоянные, переменные и случайные составные части воздуха. К постоянным компонентам атмосферного воздуха
Живые организмы как среда жизни.
Многие гетеротрофные организмы всю жизнь или часть своего жизненного цикла обитают в других существах. Явление эндобиоза, или использования одними организмами других в качестве сред
Ритмы внешней среды и их причины.
Среда, окружающая нас и другие живые организмы постоянно изменяется и изменения эти во многом цикличны. Цикличность большинства процессов является одним из фундаментальных свойств всей живой природ
Суточные и циркадные ритмы.
Периодическое изменение освещенности Земли, вызываемое ее вращением вокруг своей оси привело к формированию суточной ритмики, обнаруженной у самых различных организмов - от одноклет
Лунные и приливно-отливные ритмы.
Помимо суточных и циркадных известна периодичность равная лунному месяцу, причем как у наземных, так водных организмов. Так к строго определенной фазе Луны приурочено роение некотор
Сезонные, цирканные и многолетние ритмы.
Многим живым организмам свойственны также сезонные (или годичные) и многолетние циклы. В основе сезонных изменений лежит главным образом климатическая сезонность, под воздействием которой в процесс
Сигнальная роль факторов среды.
Наступление очередного этапа годового цикла у живых организмов обычно происходит на фоне изменений как внешних, так и внутренних факторов. Однако эта периодичность зачастую зависит
Система жизненных форм Е.Варминга и К.Раункиера.
Понятие «о жизненной форме» как совокупности приспособительных признаков, применительно растениям впервые ввел в 1884г. один из основоположников экологии растений датский ботаник Е.Варминг, хотя, к
Система жизненных форм растений И.Г.Серебрякова. Древесные и полудревесные растения.
Одной из наиболее признанных является классификация жизненных форм, разработанная И.Г.Серебряковым (1964). По его определению жизненная форма – это своеобразный общий облик (габитус
Система жизненных форм растений И.Г.Серебрякова. Травы.
Большую и разнообразную группу включает
Отдел В - наземные травянистые растения среди которых выделяют:
Тип Поликарпические или неоднократно плодон
Жизненные формы позвоночных животных.
Они также многообразны, как и у растений. Наиболее принятой у зооэкологов является классификация, предложенная Д.Н. Кашкаровым (1945) и частично уточненная последующими зоологами. Однако, эта систе
Жизненные формы насекомых.
Богатством жизненных форм отличаются и насекомые. По В.В.Яхонтову (1969) среди них выделяют следующие основные группы жизненных форм:
- геобионты - обитатели почвы,
- эпигеобионты
Тема 9. Биотические отношения
Цель: Познакомиться с основными формами внутри- и межвидовых отношений и их значением в жизни различных организмов.
9.1. Понятия биотические факторы, биоти
Понятия биотические факторы, биотическая среда, их значение в жизни организмов. Основные типы отношений.
Любой организм, будь то растение или животное, существует не изолированно, а в постоянном окружении в взаимодействии с другими особями своего или другого видов. Связь эта является н
Прямые взаимодействия между растениями.
Они проявляются в механическом и физиологическом взаимодействии. Примерами механического взаимодействия являются:
- повреждение сосны и ели в смешанном лесу от охлестыващего действия берез
Косвенные трансабиотические взаимоотношения между растениями.
Косвенные трансабиотические взаимоотношения между растениями проявляются в изменении среды (средообразующее влияние) и конкуренции. Наиболее широко распространенным и наиболее универсальным типом в
Косвенные трансбиотические взаимоотношения между растениями.
Как отмечалось, в отечественной литературе наибольшим признанием пользуется классификация фитогенных факторов, предложенная В.Н. Сукачевым (1964), в которой помимо прямых механических и физиологиче
Гомотипические зоогенные факторы.
К этому типу относят явления «групповой эффект», «массовый эффект» и внутривидовую конкуренцию. Термин «групповой эффект» (по Гроссе, 1944) обозначает изменения, связанные с объедин
Гетеротипические реакции
Они проявляются в следующих формах:
- межвидовой конкуренции, под которой понимают активный поиск несколькими видами одних и тех же пищевых ресурсов и среды обитания, поск
Хищничество и паразитизм.
Хищничество представляет собой все отношения на пищевой основе, характерные для плотоядных, насекомоядных и растительноядных организмов и их пищевых объектов. Этим признается, что
Тема 9. Человек в экосфере.
Цель: Ознакомить с отношениями человека и окружающей среды на разных этапах развития цивилизации.
9.1. Динамика народонаселения.
9.2. Экологически
Динамика народонаселения и антропогенного воздействия на биосферу.
Наша планета сформировалась 4,5-5,2 млрд. лет назад. Жизнь на ней зародилась примерно 4 млрд. лет назад. В результате последующего взаимодействия живой и неживой природы первоначаль
Экологические кризисы в истории человечества.
Человек с самого начала своего становления оказывал влияние на окружающую среду. Вместе с тем, на начальном этапе его истории это влияние было подобно влиянию любого другого вида животного. Рост чи
Основные типы загрязнения окружающей среды.
Одним из условий устойчивого существования биосферы является относительное постоянство слагающих ее компонентов. Появление в ней новых объектов, вызванных хозяйственной деятельностью человека, обоз
Радиоактивное загрязнение окружающей среды
Радиоактивное загрязнение вызывается действием ионизирующего излучения (радиационное) и превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в окружающей среде, возника
Влияние электромагнитных полей и защита от их воздействия.
Наша планета имеет электромагнитное поле, в условиях которого возникла жизнь и протекала ее многовековая эволюция. Оно под действием солнечного излучения, процессов происходящих в м
Шумовое загрязнение окружающей среды и методы защиты от его воздействия.
В основе возникновения вибрации и шума лежат механические колебания упругих тел, передающиеся в виде волн. Человеческое ухо воспринимает колебания от 15-17,0 до 20000 Гц; более низкие звуки называю
Влияние природных и социальных факторов на здоровье населения.
Изучение изменений в состоянии здоровья населения предполагают использование многофакторного анализа. Природные факторы в этой системе делят на:
-
Регламентация воздействия на окружающую среду.
В комплексе мер, обеспечивающих поддержание качества окружвющей среды, важная роль отводиться регламентации антропогенных воздействий.
Среди направлений, ограничивающих их
Понятие экологический мониторинг. Формы мониторинга.
К осознанию необходимости координации усилий по сбору, хранению и переработке данных о состоянии окружающей среды мировое сообщество пришло в конце 1960-х годов, а вскоре на Стокгольмской конференц
Системы и службы экологического мониторинга.
На территории всей Европы функции органа по международному мониторингу окружающей среды выполняет Европейское агенство по окружающей среде (ЕАОС). Оно осуществляет сбор и оценку дан
Формы и функции экологического контроля.
Функцией экологического контроля является проверка выполнения требований экологическтго законодательства и соблюдения нормативов ( в соответствии с ФЗ №7 от 10.01.2002 г. «Об охране
Тема 10. Экологическая безопасность.
Цель: Ознакомиться с факторами, источниками экологической опасности и системой мероприятий по обеспечению экологической безопасности.
10 .1. Факторы, источ
Обеспечение экологической безопасности России
Обеспечение экологической безопасности заключается в охране жизни здоровья и условий жизнедеятельности человека, в защите общества и окружающей среды от угроз, возникающих в результ
Международное сотрудничество в решении экологических проблем.
Наличие всеобщей связи и взаимозависимости между компонентами биосферы и невозможность решения глобальных экологических проблем отдельными странами определяет необходимость междунар
Новости и инфо для студентов