Пойкілотермні та гомойотермні тварини. Розподіл рослин і тварин по Земній кулі в залежності від теплового режиму

Температура належить до числа найважливіших абіотичних чинників, тому що вона характеризує кількість теплової енергії, яка надходить у середовище життя організмів. Теплова енергія – основа хімічних реакцій, з яких складається життєдіяльність організму.

Чітко виражена різниця температурних режимів за кліматичними зонами – від полярних пустель Арктики й Антарктики до екваторіальної зони. Живі організми поширені у всіх середовищах і у всьому діапазоні температур біосфери Землі. Температура істотно впливає на розподіл живих організмів по земній поверхні. Існування на суші зональних типів рослинності значною мірою обумовлене температурою. 

           Зберігаючи в усіх випадках загальні принципи температурних реакцій, різні види і, навіть, різні особини одного виду виявляють ці реакції відповідно до особливостей клімату, адаптують реакції організму на певний діапазон температурних впливів. Це виявляється, зокрема, у формах стійкості до тепла і холоду: види, що живуть у холоднішому кліматі, вирізняються більшою стійкістю до низьких температур і меншою – до високих. Мешканці спекотних регіонів виявляють зворотні реакції. 

           Здатність різноманітних видів і груп до температурної адаптації неоднакова і частіше за все корелюється із ступенем мінливості температурних умов у природних місцях проживання виду.

Порівняно з рослинами, тварини наділені різноманітними можливостями регулювати, постійно або тимчасово, температуру власного тіла. Основні шляхи температурних адаптацій у тварин такі:

- хімічна терморегуляція – активна зміна величини теплопродукції у відповідь на зміну температури середовища;

- фізична терморегуляція – зміна рівня тепловіддачі, здатність утримувати тепло або навпаки розсіювати його надлишок. Вона здійснюється завдяки особливим анатомічним і морфологічним рисам будови тварин: волосяному і пір’яному покривам, деталям будови кровоносної системи, розподілу жирових запасів, можливостям випаровувальної тепловіддачі;

- поведінка організмів – при переміщеннях тварин у просторі, вони можуть уникати крайніх температур. Для багатьох тварин поведінка – майже єдиний і дуже ефективний спосіб підтримання теплового балансу.

Пойкілотермні організми — організми, які не спроможні підтримувати температуру тіла на стабільному рівні. До пойкілотермних організмів належать усі безхребетні, а з хребетних — круглороті, риби, земноводні і плазуни. Терморегуляція пойкілотермних організмів на відміну від гомойотермних тварин недосконала. Лише при руховій активності температура тіла пойкілотермного організму може значно відрізнятися від температури зовнішнього середовища.

Гомойотермні (теплокровні) тварини – це ті, які здатні підтримувати постійну температуру тіла незалежно від температури навколишнього середовища.

Пойкілотермні тварини відзначаються більш низьким рівнем обміну речовин порівняно з гомойотермними, навіть при однаковій температурі тіла. Власного тепла у холоднокровних тварин виробляється мало, отже можливості хімічної терморегуляції у них мізерні. З пониженням температури середовища всі процеси життєдіяльності дуже уповільнюються і тварини впадають у заціпеніння. В такому стані вони характеризуються високою холодостійкістю, яка забезпечується біохімічними адаптаціями. Щоб перейти до активності, тварини спочатку мають дістати певну кількість тепла ззовні.

Основні способи регуляції температури тіла у холоднокровних поведінкові – зміна пози, активний пошук сприятливих мікрокліматичних умов, зміна місць поселення, та ряд інших спеціалізованих форм поведінки.

Зміною пози тварина може посилити чи послабити нагрівання тіла за рахунок сонячної радіації. Наприклад, деякі комахи вранці підставляють сонячному промінню широкі бокові поверхні, а опівдні – вузьку спину. В спеку тварини, як і люди ховаються в тінь або тікають у нори. У пустелях ящірки та змії заповзають на рослини, щоб уникнути дотику до розпеченої поверхні піску.

Суспільні комахи: бджоли, мурахи, терміти будують свої житла так, щоб температура добре регулювалася, а в зимовий період лишалася сталою.

Теплокровні тварини відзначаються настільки ефективною регуляцією надходження й віддачі тепла, що це дає їм змогу підтримувати сталу оптимальну температуру тіла в усі пори року. Здатність до такої регуляції у малят ссавців та пташенят виражена слабо і повністю проявляється лише у дорослому віці.

Механізми терморегуляції у кожного виду численні й різноманітні. Це забезпечує велику надійність механізму підтримання температури тіла. Мешканці півночі: песці, зайці, куріпки нормально життєдіяльні і активні, навіть, у найсильніші морози, коли різниця температури повітря і тіла становить понад 70⁰С.

У теплокровних тварин дуже висока здатність до хімічної терморегуляції. Вони характеризуються високою інтенсивністю обміну речовин і виробленням великої кількості тепла.

Підтримання температури за рахунок зростання теплопродукції потребує великої витрати енергії. Тому тварини при посиленні хімічної терморегуляції потребують великої кількості їжі або витрачають багато жирових запасів, накопичених раніше. Таким чином, жирові запаси забезпечують кращу терморегуляцію. Ссавці мають спеціалізовану буру жирову тканину, в якій уся хімічна енергія, що вивільняється, не переходить у зв’язки АТФ, а розсіюється у вигляді тепла, тобто для обігрівання організму. Птахам, що залишаються взимку, потрібно багато корму, тому що їх лякає не мороз, а голод. А от для мешканців тропіків, хімічна терморегуляція не характерна, оскільки в них не виникає потреби в додатковому продукуванні тепла.

Фізична терморегуляція – це адаптація за рахунок збереження тепла в тілі тварини (а не за рахунок його вироблення). До такої регуляції відносять: рефлекторне звуження кровоносних судин шкіри, зміна теплоізолюючих властивостей хутра і пір’яного покриву, регуляція випаровувальної тепловіддачі шляхом потовиділення або крізь вологі слизові оболонки ротової порожнини і верхніх дихальних шляхів. Наприклад, людина у спекотний день випаровує до 12 л поту, а у собаки частота дихання досягає 300-400 вдихів на хвилину. Звичайно, вода, що виділяється обов’язково повинна компенсуватися її надходженням в організм.

Неабияке значення для підтримання температурного балансу має відношення поверхні тіла до його об’єму, тому що масштаби продукування тепла залежать від маси тварини. Існує правило К.Бергмана: якщо два близьких види теплокровних тварин відрізняються розмірами, то більший живе в холоднішому, а менший у теплішому кліматах. Таким чином, при адаптації до холоду проявляється закон економії поверхні тіла.

Д.Аллен відмітив, що у багатьох ссавців і птахів північної півкулі відносні розміри кінцівок і різних частин тіла, котрі виступають (хвости, вуха, дзьоб), досить малі і в міру віддалення на південь збільшуються. А в умовах жаркого клімату, виступаючі частини тіла великі, що має терморегуляційне значення.

Дуже важливим способом регуляції теплообміну є спорудження складних нір, гнізд та здійснення близьких і далеких міграцій. У норах риючих тварин зміна температур згладжується тим сильніше, чим більша глибина нори. На відстані 150 см від поверхні ґрунту перестають відчуватися сезонні коливання температури. Особливо вправно збудовані гнізда також мають властивість підтримувати рівний сприятливий мікроклімат. У гнізді ремеза лише один вузький боковий вхід, тому там сухо і тепло в будь-яку погоду.

Особливу цікавість становить групова поведінка тварин, пов’язана з терморегуляцією. Деякі пінгвіни у сильний мороз і завірюху збиваються в щільний гурт «черепаху». Спочатку одні назовні, а потім переміщаються всередину і так весь час «черепаха» повільно рухається, а всередині підтримується постійна тепла температура. Мешканці пустелі у сильну спеку збиваються докупи, притискаючись один до одного боками, чим уникають перегрівання поверхні тіла сонячним промінням. Усередині такого гурту температура десь до +40⁰С, а спина і боки крайніх тварин нагріваються до +70⁰С.

Таким чином, поєднання ефективних способів хімічної, фізичної та поведінкової терморегуляцій за умов загального високого рівня окислювальних процесів в організмі дає змогу теплокровним організмам підтримувати свій тепловий баланс у межах широких коливань температури зовнішнього середовища.

Рослини як нерухомі організми повинні існувати при тому тепловому режимі, який створюється у місцях їх зростання. Тепловий режим рослин надто мінливий. Основні шляхи адаптації до температурних змін середовища у рослин – це біохімічні, фізіологічні та морфологічні перебудови. Рослини відзначаються дуже слабкими можливостями регуляції власної температури. Тепло, що утворюється в процесі обміну речовин, завдяки витрачанню його на транспірацію, великій випромінюючій поверхні та недосконалим механізмам регуляції швидко віддається навколишньому середовищу. Головне значення в житті рослин має тепло, що надходить ззовні.

Температура рослин внаслідок нагрівання сонячним промінням може бути вищою за температуру навколишнього повітря і ґрунту. При сильній транспірації температура рослини стає нижчою за температуру повітря. Транспірація через продихи – це процес, що регулюється рослиною. При підвищенні температури повітря вона посилюється, якщо можливе швидке подання необхідної кількості води до листків. Це врятовує рослину від перегрівання, знижуючи її температуру на 4-15°С.

Температура різних органів рослини неоднакова і залежить від розташування їх відносно проміння, що падає на них і різних за ступенем нагрітості шарів повітря. У багатьох тропічних рослин при температурі під +40°С листки стуляються або скручуються, від чого вдвоє скорочується поглинання сонячної радіації. У рослин твердолистяних лісів і чагарників у сонячну погоду листки повернуті ребром до палючого сонця, що допомагає уникати перегрівання. У дні з мінливою хмарністю органи рослин відчувають різкі перепади температури. Чергування нижчих нічних і вищих денних температур – термоперіодизм, сприятливе для багатьох видів.

Для закріплення теми пропоную переглянути ілюстративний відеоролик

Перелік джерел:

Анісімова С.В., Рибалова О.В., Поддашкін О.В. Екологія – К.: Грамота, 2001. – 135с.

https://naurok.com.ua/skarbnichka-kerivnika-gurtka-materiali-do-zanyat-gurtka-yuni-ekologi-171270.html