Температура

Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. Область распространения живого в основном ограничена областью чуть ниже 0^оС и до 50^оС. И хотя некоторые авторы указывают диапазон температур, при которых возможно существование живых организмов от -200°С до +100°С, большая часть обитающих на Земле видов приспособлена к жизни в довольно узкой температурной амплитуде, причем, как правило, верхние температурные границы оказываются более критическими, нежели нижние.

Конечно, известны и исключения, когда живые организмы переносили как высокие (некоторые цианобактерии могут существовать при 80-88^оС), так и низкие температуры. Например, одна из жужелиц Аляски (Pterostichus brevicorni) в условиях эксперимента перенесла охлаждение -87^оС в течение пяти часов. В исландских термальных (теплых) источниках температура воды обычно держится близ отметки 55^оС. Здесь часто можно встретить личинки мушки Scatella. Обычно к высоким температурам приспосабливаются беспозвоночные животные, такие, как мелкая амеба (Amoeba limax), которая выдерживает температуру 54^оС (горячие источники Италии). Позвоночные в подавляющем большинстве не в состоянии выдерживать такие экстремально высокие температуры, хотя и здесь есть исключения. Например, рыба карпозубик (Cyprinodon nevadensis) в горячих источниках пустыни штата Невада (США) выносит температуру воды около 42^оС.

Критические температуры для растений и животных могут варьировать чрезвычайно широко. Если живущие в пустыне рептилии могут без труда переносить 45-градусную жару, то большинство морских беспозвоночных гибнет при температуре более 30-32 градусов. Наши обычные бабочки – крапивницы и капустницы во взрослом состоянии могут выживать при температурном интервале от 8 до 20⁰С ниже нуля. И только после падения температуры тела ниже этих величин у них наступает переохлаждение, вызывающее необратимые изменения в организме. А такие организмы как коловратки при высыхании могут выдерживать падение температуры до -60⁰С. После повышения температуры они часто оживают.

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

Воздействие различных температур на живые организмы приводит либо к увеличению, либо к уменьшению скорости обменных процессов и биохимических реакций. Повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции. Величину температурного ускорения химических реакций удобно отражать коэффициентом тепературного ускорения Q₁₀.

Q₁₀ = К_t +₁₀/ К_t

Данный коэффициент показывает во сколько раз изменяется скорость реакций при изменении температуры на 10⁰С. Это положение называется правилом Вант-Гоффа и гласит, что подъем температуры на 10⁰С приводит к 2-3 кратному ускорению химических процессов, т.е. величина коэффициента равна 2-3. Следует отметить, что в реакциях живых организмов коэффициент Q₁₀ может колебаться в довольно широких пределах. Объясняется это тем, что в живых организмах химические процессы протекают с участием сложных ферментативных систем. Их активность зависит от от температуры. Однако скорость ферментативных реакций не является линейной функцией температуры. Поэтому для разных организмах, находящихся в специфических условиях среды, коэффициент температурного ускорения различный. Например, зависимость метаболизма рыб и многих водных животных от температуры выражается в изменении величины Q₁₀ от 10,9 до 2,2 в диапазоне температур от 0 до 30⁰С.

При сильном понижении температуры осуществление жизненных функций организма становится невозможным из-за резкого замедления обмена веществ. При повышении температуры обменные процессы организма резко возрастают, что в большинстве случаев приводит к его гибели.Большинство организмов способно в той или иной мере контролировать температуру своего тела с помощью различных ответных реакций. У подавляющего числа живых существ температура тела может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды. Такие организмы не способны регулировать свою собственную температуру и называются пойкилотермными. Их активность в основном зависит от от тепла, поступающего извне. Температура тела пойкилотермных организмов связана со значениями температуры окружающей среды. Пойкилотермия (холоднокровность) свойственна таким группам организмов как растения, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы, рептилии и др.

Значительно меньшее количество живых существ способно к активному регулированию температуры тела. Это представители двух высших классов позвоночных - птицы и млекопитающие. Вырабатываемое ими тепло является продуктом биохимических реакций и служит существенным источником повышения температуры тела. Такая температура поддерживается на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Организмы, способные поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры среды, называются гомойотермные. За счет этого свойства многие виды животных способны жить и размножаться при температуре ниже нуля (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). Поддержание постоянной температуры своего тела обеспечивается пойкилотермными животными (теплокровными) такими приспособлениями к условиям существования, как хорошая тепловая изоляция, создаваемая шерсятным покровом, плотное оперение, подкожные воздушные полости, толстый слой жировой ткани и т.п.

Частный случай гомойотермии - гетеротермия. Разный уровень температуры тела у гетеротермных организмов зависит от их функциональной активности. В период активности они обладают постоянной температурой тела, а в период отдыха или зимней спячки она значительно понижается. Гетеротермность характерна для сусликов, сурков, барсуков, летучих мышей, ежей, медведей, колибри и др.