Teplota jako environmentální faktor. Adaptace organismů na nepříznivé teploty
Teplota jako environmentální faktor.
Faktory prostředí- vlastnosti stanoviště, které mají jakýkoli vliv na tělo. Lhostejné prvky prostředí, například inertní plyny, nejsou faktory prostředí. Faktory prostředí vykazují značnou variabilitu v čase a prostoru. Například teplota se velmi liší na povrchu země, ale je téměř konstantní na dně oceánu nebo hluboko v jeskyních. Stejný environmentální faktor má jiný význam v životě společně žijících organismů. Například, solný režim půda hraje primární roli v minerální výživě rostlin, ale je lhostejná k většině suchozemských živočichů. Intenzita osvětlení a spektrální složení světla jsou nesmírně důležité v životě fototrofních organismů (většina rostlin a fotosyntetických bakterií), v životě heterotrofních organismů (houby, živočichové, významná část mikroorganismů) světlo nemá znatelný vliv na životní aktivitu. Faktory prostředí mohou působit jako dráždivé látky, které způsobují adaptivní změny fyziologických funkcí; jako omezovače, které za daných podmínek znemožňují existenci určitých organismů; jako modifikátory, které určují morfo-anatomické a fyziologické změny organismy.
Podle charakteru vlivu se faktory prostředí dělí na Přímé jednání- přímo ovlivňující organismus, hlavně na metabolismus a Nepřímo působící- ovlivňování nepřímo, prostřednictvím přímé změny provozní faktory(reliéf, expozice, nadmořská výška atd.)
Teplota je důležitým faktorem ovlivňujícím růst, vývoj, reprodukci, dýchání, syntézu organická hmota a další životně důležité procesy pro organismy.
Každý druh zvířat, rostlin a mikroorganismů si vyvinul potřebné adaptace na vysoké i nízké nízké teploty.
Horní hranice odolnosti organismů ve vztahu k teplotní faktor nepřekročí 40-45°C. Optimální je 15-30°C.
Vybrané druhy bakterie a řasy mohou žít a rozmnožovat se při teplotách 80-88°C.
Existují organismy s nestabilní tělesnou teplotou – poikilotermní a organismy se stálou tělesnou teplotou – homeotermní.
S nástupem chladného počasí poikilotermní (studenokrevná) zvířata hibernují nebo upadají do stavu pozastavené animace (prudké zpomalení životních procesů při zachování schopnosti oživení).
Homeotermní (teplokrevná) zvířata mohou tolerovat nepříznivé podmínky v aktivním stavu.
Jeden z nejvíce důležitými faktory, která určuje existenci, vývoj a distribuci organismů po celé zeměkouli, je teplota. Důležité je nejen absolutní množství tepla, ale také jeho časové rozložení, tedy tepelný režim.
Rostliny nemají vlastní tělesnou teplotu: svou anatomickou, morfologickou a fyziologické mechanismy termo-
předpisy jsou zaměřeny na ochranu těla před škodlivé účinky nepříznivé teploty.
V oblastech s vysokou teplotou a nízkou vlhkostí (tropické a subtropické pouště) historicky tvořila zvláštnost morfologický typ rostliny s malým povrchem listů nebo úplnou absencí listů. U mnoha pouštních rostlin se vyvine bělavé dospívání, které pomáhá odrážet sluneční světlo a chrání je před přehřátím (akácie písčitá, angustifolia oleagin).
NA fyziologické adaptace rostliny, vyhlazování škodlivý vliv vysoké teploty lze přičíst: intenzitě odpařování - transpirace (z latinského trans - přes, spiro- dýchám, vydechuji), hromadění solí v buňkách, které mění teplotu srážení plazmy, vlastnost chlorofylu bránit pronikání slunečního záření.
Ve světě zvířat jsou jisté morfologické adaptace, zaměřené na ochranu organismů před nepříznivými vlivy teplot. To lze doložit známým Bergmanovo pravidlo(1847), podle něhož v rámci druhu nebo dosti homogenní skupiny blízce příbuzných druhů, teplokrevných organismů s více velké velikosti těla jsou běžná v chladnějších oblastech.
Pokusme se vysvětlit toto pravidlo z hlediska termodynamiky: tepelné ztráty jsou úměrné povrchu těla organismu, nikoli jeho hmotnosti. Čím je zvíře větší a jeho tělo kompaktnější, tím je jeho údržba snadnější konstantní teplota(menší měrná spotřeba energie) a naopak, čím menší je zvíře, tím větší je jeho relativní povrch a tepelné ztráty a tím vyšší je specifická úroveň jeho bazálního metabolismu, tedy množství energie spotřebované tělem zvířete (nebo člověka). v úplném svalovém klidu při takové teplotě prostředí, při které se termoregulace projevuje nejvýrazněji.
Na rozdíl od rostlin produkují živočichové se svaly mnohem více vlastního vnitřního tepla. Při kontrakci svalů se uvolňuje podstatně více tepelné energie než při fungování jakýchkoli jiných orgánů a tkání, protože účinnost využití chemické energie k výkonu svalové práce je relativně nízká. Čím výkonnější a aktivnější svaly, tím více tepla dokáže vytvořit zvíře. Živočichové mají oproti rostlinám rozmanitější schopnosti regulovat vlastní tělesnou teplotu.
Hlavní cesty teplotní adaptace u zvířat následující:
Chemická termoregulace- zvýšení produkce tepla v reakci na pokles okolní teploty; Mnoho zvířat je schopno udržovat optimální teplotu těla v důsledku práce svalů, ale se zastavením motorická aktivita teplo se přestává produkovat a rychle odchází z těla v důsledku nedokonalosti mechanismů fyzické termoregulace. Například čmeláci zahřívají své tělo speciálními svalovými stahy - třesem - až na +32... + 33°C, což jim dává možnost vzlétnout a nakrmit se v chladném počasí. Včely energicky mávají křídly, aby zvýšily teplotu v úlu („sociální“ regulace teploty). Samice krajty se omotává kolem snůšky vajíček a stahuje svaly, čímž se zvyšuje její tělesná teplota a účinně udržuje stálá teplota snůšky. Udržování teploty zvýšením produkce tepla vyžaduje velký výdej energie, takže zvířata, když je posílena chemická termoregulace, potřebují buď velké množství potravy, nebo utrácejí mnoho dříve nashromážděných tukových zásob. Například malý rejsek má výjimečně vysokou rychlost metabolismu. Velmi střídavé krátká období spánek a aktivita, je aktivní v kteroukoli denní dobu, v zimě neupadá do zimního spánku a denně přijímá potravu 4násobku své vlastní hmotnosti. Tepová frekvence rejsků je až 1000 tepů za minutu. Také ptáci, kteří zůstávají na zimu, potřebují hodně potravy; Nebojí se ani tak mrazu, jako spíše nedostatku potravy. Ano, kdy dobrá sklizeň semena smrku a borovice, z křížovky se v zimě líhnou i kuřátka.
Posilování chemické termoregulace má tedy své limity, dané možností získávání potravy.
Pokud je v zimě nedostatek potravy, je tento typ termoregulace ekologicky nerentabilní. Například je špatně vyvinut u všech zvířat žijících v polárním kruhu: polární lišky, mroži, tuleni, lední medvědi, sob atd. Pro obyvatele tropů není typická ani chemická termoregulace, protože prakticky nepotřebují další výrobu tepla.
Fyzikální termoregulace- změna úrovně přenosu tepla, schopnost teplo zadržovat nebo naopak odvádět jeho přebytek. Fyzická termoregulace se provádí díky speciálním anatomickým a morfologickým vlastnostem stavby zvířat: srst a peří, reflexní zúžení (pro zachování tepla v těle) a expanze (pro zvýšení přenosu tepla) krevní cévy kůže, změny tepelně-izolačních vlastností srsti a peří, regulace přenosu tepla odpařováním.
Hustá srst savců, peří a především chmýří ptáků umožňují udržet kolem těla vrstvu vzduchu o teplotě blízké tělesné teplotě zvířete, a tím snížit tepelné vyzařování během vnější prostředí. Přenos tepla je regulován sklonem vlasů a peří, sezónní změna srst a peří. Výjimečně teplá zimní srst arktických zvířat jim umožňuje přežít v mrazu bez zvýšení metabolismu a snižuje potřebu potravy. Například arktické lišky na pobřeží Severního ledového oceánu konzumují v zimě ještě méně potravy než v létě.
U zvířat v chladném klimatu je vrstva podkožní tukové tkáně distribuována po celém těle, protože tuk je dobrým tepelným izolantem. U zvířat s horkým klimatem by takové rozložení tukových zásob vedlo k smrti přehřátím v důsledku neschopnosti odvádět přebytečné teplo, takže se jejich tuk ukládá lokálně, v samostatné části tělo, aniž by zasahovalo do sálání tepla z běžného povrchu (velbloudi, tlustoocasé ovce, zebu atd.).
Protiproudé systémy výměny tepla, které pomáhají udržovat stálou teplotu vnitřní orgány, nacházející se v tlapách a ocasech vačnatců, lenochodů, mravenečníků, poloopiců, ploutvonožců, velryb, tučňáků a jeřábů.
Extrémně vysoká odolnost homeotermních zvířat vůči přehřátí byla brilantně prokázána asi před dvěma sty lety v experimentu Dr. C. Blagdena v Anglii. Spolu s několika přáteli a psem strávil 45 minut v suché komoře při teplotě +126°C bez jakýchkoli zdravotních následků. Přitom se ukázalo, že kus masa odebraný do komory byl uvařený a studená voda, jejímž vypařování bránila vrstva oleje, byla zahřátá k varu.
Fyzikální termoregulace je pro životní prostředí výhodnější, protože adaptace na chlad se neprovádí dodatečnou produkcí tepla, ale jeho uchováním v těle zvířete.
Účinným mechanismem regulace výměny tepla je odpařování vody pocením nebo přes vlhké sliznice dutiny ústní a horní dýchací cesty. Schopnost tvořit pot různé typy jiný. Člověk v extrémních vedrech dokáže vyprodukovat až 12 litrů potu za den, čímž odvádí teplo desetinásobek normálního množství. Vyloučená voda musí být přirozeně nahrazena pitím. U některých zvířat dochází k odpařování pouze přes sliznice úst. U psa, pro kterého je dušnost hlavní metodou odpařovací termoregulace, dosahuje dechová frekvence 300-400 nádechů za minutu. Mnoho plazů, když se teplota blíží horní kritické úrovni, začne těžce dýchat nebo nechávají ústa otevřená, což zvyšuje uvolňování vody ze sliznic, některé druhy zvířat využívají odpařování slin, kterými smáčejí povrch tělo, ochlazovat tělo. Obyvatelé severu, jako je polární liška, zajíc horský a koroptev tundrová, mají normální životní funkce a jsou aktivní i v těch nejnáročnějších silné mrazy když je rozdíl mezi teplotou vzduchu a těla nad 70°C.
Regulace teploty odpařováním vyžaduje, aby tělo plýtvalo vodou, a proto není možné za všech životních podmínek.
Chování organismů. Pohyb vesmírem
zvířata se mohou aktivně vyhýbat extrémním teplotám. Pro mnoho zvířat je chování téměř jediným a velmi účinným způsobem udržení tepelná bilance. Existují dva hlavní principy termoregulace chování: aktivní výběr míst s nejpříznivějším mikroklimatem a změna polohy. Změnou polohy může zvíře zvýšit nebo snížit zahřívání těla v důsledku sluneční záření. Například pouštní kobylky vystavují v chladných ranních hodinách slunečním paprskům široké spektrum slunečních paprsků. boční povrch tělo a v poledne - úzký hřbet. Ještěrka zvýší svou tělesnou teplotu na přímém slunci na 37 0 C za pouhých 20 minut. V extrémních vedrech se zvířata schovávají ve stínu a ukrývají se v norách. V pouštích během dne například některé druhy ještěrek a hadů šplhají po křoví a vyhýbají se kontaktu s horkým povrchem půdy. Do zimy mnoho zvířat hledá úkryt, kde je teplotní průběh ve srovnání s otevřenými stanovišti plynulejší. Při vytápění se zvířata nejen přesouvají do slunečných oblastí, ale také zaujímají specifické topné pozice. Například časně ráno leguáni zaujímají „natažené“ pozice a povrch zahřátý sluncem je při přehřátí maximální, ještěrky zaujímají „vyvýšenou“ pozici: hlava a krk jsou vytaženy nahoru, hrudník a přední část břicha; jsou vyvýšeny nad substrát.
Ještě složitější jsou formy chování sociálního hmyzu: včely, mravenci, termiti, kteří si v sobě staví hnízda s dobře regulovanou teplotou, téměř konstantní v období hmyzí činnosti.
Zvláštní zájem představuje skupinové chování zvířata pro účely termoregulace. Například někteří tučňáci se v silném mrazu a sněhových bouřích choulí k sobě v husté skupině, takzvané „želvě“. Jedinci, kteří se ocitnou na okraji, se po chvíli probojují dovnitř a „želva“ pomalu krouží a pohybuje se. Uvnitř takového shluku se i v největších mrazech udržuje teplota kolem +37°C. Velbloudi žijící v poušti se k sobě v extrémním horku také choulí, přitisknou se boky k sobě, ale tím se dosáhne opačného efektu – zabrání se silnému zahřívání povrchu těla slunečními paprsky. Teplota ve středu hloučku zvířat se rovná jejich tělesné teplotě +39°C, zatímco srst na hřbetě a bocích nejvzdálenějších jedinců se zahřívá až na +70°C.
Obrázek 2 - Vlastnosti stavby nor a umístění hnízd různých druhů savců: 1- doupě zajíce polního v písečných dunách; 2- sněhová díra zajíce hnědého; 3 - letní nora pískomila poledního; 4- otvor malého gophera; 5- ondatra díra; 6 - ondatra chýše (A- hnízdní komory; b - krmné komory a zásoby potravin); 7- hraboš břehový hnízdí v dubové dutině; 8-zimní hnízdo veverky obecné.
Pro poikilotermy je obzvláště obtížné odolávat nedostatku tepla s poklesem teploty prostředí, všechny životně důležité procesy se velmi zpomalují a zvířata upadají do strnulosti. V tomto neaktivním stavu mají vysokou mrazuvzdornost, kterou zajišťují především biochemické adaptace. Aby se zvířata stala aktivní, musí nejprve přijímat určité množství tepla zvenčí.
Na rozdíl od poikilotermních živočichů vlivem chladu v těle homeotermních živočichů oxidační procesy neslábnou, ale zesilují, zejména v kosterní svaly. Mnoho zvířat pociťuje svalový třes, což vede k uvolnění dalšího tepla. Kromě toho buňky svalů a mnoha dalších tkání vyzařují teplo i bez vykonávání pracovních funkcí, čímž se dostávají do zvláštního stavu termoregulační tón. Tepelný efekt svalové kontrakce a tonus termoregulačních buněk prudce narůstá s poklesem okolní teploty.
Když je produkováno dodatečné teplo, metabolismus lipidů se zvláště zvyšuje, protože neutrální tuky obsahují hlavní zásobu chemické energie. Tukové zásoby živočišného původu tedy poskytují lepší termoregulace. Savci dokonce mají specializovaná hnědá tuková tkáň ve kterém se veškerá uvolněná chemická energie místo toho, aby šla do vazeb ATP, rozptýlila ve formě tepla, tj. jde ohřát tělo. Buraya tukové tkáně nejrozvinutější u zvířat v chladném podnebí.
Docela hodně důležité pro udržení teplotní rovnováhy má poměr povrchu těla k jeho objemu co do činění s poměrem povrchu těla k jeho objemu, protože v konečném důsledku rozsah produkce tepla závisí na hmotnosti zvířete a k výměně tepla dochází prostřednictvím jeho kryt, proto se při adaptaci na chlad projevuje zákon o hospodárnosti povrchu, protože kompaktní tvar těla s minimálním poměrem plochy k objemu je nejvýhodnější pro udržení tepla.
Vztah mezi velikostmi a proporcemi zvířecího těla a klimatické podmínky jejich stanoviště bylo zaznamenáno již v 19. století. Podle pravidla K. Bergmana, pokud se dva blízce příbuzné druhy teplokrevníků liší velikostí, pak ten větší žije v chladnějším prostředí, A malý - v teplém klimatu. Bergman zdůraznil, že tento vzorec se objevuje pouze tehdy, pokud se druhy neliší v jiných adaptacích na termoregulaci.
D. Allen v roce 1877 si všimli, že u mnoha savců a ptáků severní polokouli relativní velikosti končetin a různých vyčnívajících částí těla (ocasy, uši, zobáky) zvýšit na jih. Termoregulační význam jednotlivých částí těla se zdaleka nevyrovná. Vyčnívající části mají velký relativní povrch, což je výhodné v horkém klimatu. U mnoha savců, např. zvláštní význam Pro udržení tepelné rovnováhy mají uši, které jsou obvykle vybaveny velkým množstvím krevních cév. Obrovské uši Africký slon, malý pouštní liška fennec zajíc, americký zajíc se proměnil specializované orgány termoregulace.
Otázka 1. Co je abiotické faktory prostředí?
Abiotické faktory- to jsou faktory neživá příroda, - světlo, teplota, vlhkost, geomagnetické pole Země, gravitace, složení vody, vzduchu, půdní prostředí, větrná růžice v daném regionu, mikroprvkové složení půd a vody.
Otázka 2. Jak se rostliny a živočichové přizpůsobují změnám teploty prostředí?
Ve vztahu k teplotě prostředí se živé organismy dělí na dvě skupiny: poikilotermní, jejichž tělesná teplota závisí na prostředí, a homeotermní, které udržují stálou tělesnou teplotu bez ohledu na její kolísání ve vnějším prostředí.
Poikilotermní organismus teplo z okolí nejen přijímá, ale také ho uvolňuje do prostoru. Zvířata s nestabilní tělesnou teplotou mohou díky metabolickým procesům po určitou dobu regulovat tělesnou teplotu (plazi, včely atd.), ale takové možnosti jsou extrémně omezené. Kromě toho si poikilotermní organismy vyvinuly určité strukturální, fyziologické a behaviorální reakce, aby se vyhnuly náhlým změnám tělesné teploty.
Zvířata mají mnoho adaptací na boj s podchlazením nebo přehřátím.
S nástupem zimy se rostliny a poikilotermní živočichové (živočichové s nestabilní tělesnou teplotou) dostávají do stavu zimního klidu, který je charakterizován snížením rychlosti metabolismu. V podzimní období uloženy v tkáních velký počet tuky a sacharidy; v buňkách klesá množství vody, hromadí se cukry a glycerol, které zabraňují zamrzání. Příprava na stav zimního klidu začíná předem. Rostliny shazují olistění, dochází k lignifikaci výhonů a ztluštění jejich korkové vrstvy, přezimování pupenů vodní rostliny klesají na dno nádrží, ptáci odlétají do teplejších podnebí atd.
V horkém období se aktivují fyziologické mechanismy, které chrání tělo před přehřátím. U rostlin se zvyšuje odpařování vody průduchy, což vede ke snížení teploty listů. Rostliny a zvířata si také vyvinuli různé úpravy, aby se vyhnuly škodlivým účinkům přehřátí u rostlin - jedná se o husté dospívání, které dodává listům světlou barvu a zlepšuje odraz dopadajícího světla, vertikální polohu listů, kadeřavost listových čepelí (u obilnin), zmenšení povrchu listů, rozvoj ostnů (kaktusů), schopnost ukládat velké množství vody, vyvinutý kořenový systém atd. Tyto strukturální rysy současně určují snížení ztráty vody o rostlinách se za těchto podmínek také zvyšuje odpařování vody. dýchací soustava a kůže. Poikilotermní živočichové se navíc produkcí vyhýbají přehřátí adaptivní chování: vybrat stanoviště s nejpříznivějším mikroklimatem. V horkém počasí se schovávají v norách nebo pod kameny, kde jsou aktivní určitý čas dní. Homeotermní živočichové (živočichové se stálou tělesnou teplotou) jsou mnohem méně závislí na teplotních podmínkách prostředí, což jim umožnilo ovládnout téměř všechna stanoviště – od pólů až po rovník. Pro většinu živých organismů je však optimální teplota od 15 do 30 °C.
Hlavní způsoby regulace tělesné teploty u poikilotermních živočichů jsou behaviorální: změna držení těla, hledání příznivých mikroklimatických podmínek, změna stanovišť, kopání děr atd. Například pouštní kobylky v chladných ranních hodinách vystavují sluneční paprskyširoký boční povrch těla a v poledne úzký hřbetní povrch. Během nejteplejších hodin dne se mnoho zvířat skrývá ve stínu nebo dírách, některé druhy plazů šplhají po křoví, aby se vyhnuly kontaktu s horkým povrchem půdy. V některých případech nižší rostliny a zvířata s nestabilní tělesnou teplotou přežívají horké období ve stavu pozastavené animace.
Otázka 3. Uveďte, kterou část spektra viditelného záření ze Slunce nejaktivněji pohlcuje chlorofyl zelených rostlin.
Sluneční záření plní ve vztahu k živé přírodě dvojí funkci. Jednak je to zdroj tepla, jehož množství určuje aktivitu života v dané oblasti; za druhé, světlo slouží jako signál, který určuje činnost životně důležitých procesů, a také jako průvodce při pohybu v prostoru. Pro zvířata a rostlinné organismy skvělá hodnota mají vlnovou délku vnímaného záření, jeho intenzitu a dobu expozice (délku fotoperiody dne, resp. fotoperiodu). Viditelné neboli bílé světlo je asi 45 % celkový počet zářivá energie dopadající na Zemi. Ultrafialové paprsky tvoří asi 10 % veškeré zářivé energie. Pro člověka neviditelné, jsou vnímány zrakovými orgány hmyzu a slouží jim k orientaci v prostoru. zatažené počasí. Nezbytné jsou i paprsky ultrafialové části spektra normální život osoba. Pod jejich vlivem se v těle tvoří vitamín D.
Pro organismy má největší význam viditelné světlo o vlnové délce od 0,4 do 0,75 mikronů. Energie viditelného světla se využívá pro procesy fotosyntézy v rostlinných buňkách. V tomto případě jsou oranžovo-červené (0,66-0,68 mikronů) a modrofialové (0,4-0,5 mikronů) paprsky obzvláště silně absorbovány listy.
Křičet rostl 4. Povězte nám o adaptacích živých organismů na nedostatek vody.
Voda je nezbytnou součástí buňky, takže její množství v daném prostředí určuje povahu vegetace a života zvířat v této oblasti.
Rostliny si vyvinuly řadu adaptací na periodický nedostatek vláhy. Jedná se o prudké zkrácení vegetačního období (až 4–6 týdnů) a dlouhé období vegetačního klidu, které rostliny zažívají ve formě semen, cibulí, hlíz atd. (tulipány, husí cibule, mák atd.). Takové rostliny se nazývají efeméry a efemeroidy. Jiné, které nepřestávají růst v období sucha, mají vysoce vyvinuté kořenový systém, hmotově mnohem větší než nadzemní část. Snížení odpařování je dosaženo snížením listové čepele, její pubescence, snížením počtu průduchů, přeměnou listu na trny a vytvořením voděodolného voskového povlaku. Některé druhy, jako je saxaul, ztrácejí listy a fotosyntéza je prováděna zelenými větvemi. Mnoho rostlin je schopno zadržovat vodu v pletivech stonku nebo kořene (kaktus, mléč africký, lipnice stepní). Přežití v podmínkách suchého období usnadňuje jak vysoký osmotický tlak buněčné mízy, který zabraňuje odpařování, tak schopnost ztratit velké množství vody (až 80 %) bez ztráty životaschopnosti.
Pouštní živočichové mají zvláštní typ metabolismu, při kterém se v těle tvoří voda při pojídání suché potravy (hlodavci). Zdrojem vody je také tuk, který se u některých živočichů hromadí v velké množství(velbloudi, tlustoocasé ovce). Kopytníci jsou schopni při hledání vody uběhnout obrovské vzdálenosti. Mnoho malých zvířat přechází v období sucha do pozastavené animace (obr. 7).
Rýže. 7. Lungfish protopter zažívá sucho (od 6-9 měsíců
do 4 let) ve stavu pozastavené animace v zámotku jím vylučovaného hlenu (A).
Po deštích nebo když je kokon umístěn do vody, protopter ožije (B, C).
Otázka 5. Popište vliv různé typy ionizující záření na živočišné a rostlinné organismy.
Nejničivější účinek ionizujícího záření je na vysoce vyvinuté a složité organismy a lidé jsou na takové účinky obzvláště citliví. Velká dávka přijatá tělem v krátkém časovém úseku (minuty, hodiny) je považována za akutní, na rozdíl od chronických dávek, které by tělo mohlo vydržet po celou dobu životní cyklus. Jakýkoli přebytek úrovní radiace nad pozadím nebo dokonce přirozeně vysoké pozadí může zvýšit rychlost mutace. U vyšších rostlin je citlivost na ionizující záření přímo úměrná velikosti buněčného jádra. Zvířata nemají tak jednoduchou závislost. Pro ně nejvyšší hodnotu má citlivost některých orgánů a systémů. Savci jsou tedy citliví i na nízké dávky kvůli snadnému poškození radiací kostní dřeně a střevního epitelu. Radioaktivní látky se mohou hromadit v půdě, vodě, vzduchu i v tělech samotných živých organismů; přenášet a hromadit se během přenosu“ v potravním řetězci.
Otázka 6. Jaký je vliv polutantů na stav biogeocenóz?
Vliv polutantů na stav biogeocenóz se projevuje ve změnách půdních vlastností (acidifikace, přechod toxických prvků do rozpustného stavu); při změně vlastností vody (zvýšená mineralizace, zvýšená koncentrace dusičnanů a fosforečnanů, nasycení povrchu účinné látky); změna poměru prvků v půdě a vodě, což často vede ke zhoršení podmínek pro vývoj rostlin a živočichů. V důsledku toho dochází k narušení struktury biocenózy a vyčerpání druhové skladby. Počty mnoha rostlin a živočichů mizí, jiných naopak přibývá. Například, když je nádrž znečištěná chemikáliemi, zaroste, mnoho zvířat zmizí atd.
Teplota je nejdůležitějším faktorem životního prostředí. Teplota má obrovský dopad na mnoho aspektů života organismů, jejich geografii rozšíření, rozmnožování a další. biologické vlastnosti organismy, které jsou závislé především na teplotě. Některé druhy mikroorganismů, především bakterie a řasy, jsou schopny žít a rozmnožovat se v horkých pramenech při teplotách blízkých bodu varu. Horní teplotní limit pro horké jarní bakterie je asi 90 °C. Jakýkoli druh je schopen žít pouze v určitém teplotním rozmezí, tzv. maximální a minimální smrtelné teplotě. Mimo tyto kritické teplotní extrémy, chlad nebo teplo, nastává smrt organismu. Některá zvířata jsou schopna udržovat stálou tělesnou teplotu bez ohledu na okolní teplotu. Takové organismy se nazývají homeotermní. U jiných zvířat se tělesná teplota mění v závislosti na okolní teplotě. Říká se jim poikilotermní. Podle toho, jak se organismy adaptují teplotní podmínky jsou rozděleny do dvou ekologických skupin: kryofilové - organismy přizpůsobené chladu, nízkým teplotám; teplomilné – neboli teplomilné.
V přírodě není teplota konstantní. Organismy, které jsou typicky vystaveny sezónním teplotním výkyvům, jako jsou ty, které se nacházejí v mírné zóny hůře snášejí stálou teplotu. Pro organismy jsou nepříznivé i prudké výkyvy teplot – silné mrazy nebo vedra. Existuje mnoho zařízení pro boj s chlazením nebo přehříváním. S nástupem zimy se rostliny a poikilotermní živočichové dostávají do stavu zimního klidu. Rychlost metabolismu se prudce snižuje a ve tkáních se ukládá mnoho tuků a sacharidů. V buňkách klesá množství vody, hromadí se cukry a glycerol, které zabraňují zamrzání. V horkém období se aktivují fyziologické mechanismy, které chrání před přehřátím. U rostlin se zvyšuje odpařování vody průduchy, což vede ke snížení teploty listů. U zvířat za těchto podmínek se také zvyšuje odpařování vody dýchacím systémem a kůží. Kromě toho se poikilotermní živočichové vyhýbají přehřátí adaptivním chováním: vybírají si stanoviště s nejpříznivějším mikroklimatem, v horkých denních dobách se schovávají v norách nebo pod kameny, jsou aktivní v určitou denní dobu atd.
Teplota prostředí je tedy důležitým a často limitujícím faktorem životních projevů.
Všechny chemické procesy probíhající v těle závisí na teplotě. Změny teplotních podmínek, často pozorované v přírodě, hluboce ovlivňují růst, vývoj a další projevy života živočichů a rostlin. Existují organismy s nestabilní tělesnou teplotou, poikilotermní, a organismy s konstantní tělesnou teplotou, homeotermní. Poikilotermní živočichové jsou zcela závislí na teplotě prostředí, zatímco homeotermní živočichové jsou schopni udržovat stálou tělesnou teplotu bez ohledu na změny teploty prostředí. Naprostá většina suchozemské rostliny a zvířata ve stavu aktivního života nemohou tolerovat negativní teploty a umírají. Horní teplotní hranice života není u různých druhů stejná, zřídka vyšší než 4045 C. Některé sinice a bakterie žijí při teplotách 7090 C i někteří měkkýši mohou žít v horkých pramenech (až 53 C). Pro většinu suchozemských živočichů a rostlin se optimální teplotní podmínky pohybují v poměrně úzkých mezích (1530 C). Horní práh životní teploty je dán teplotou koagulace proteinu, protože k nevratné koagulaci proteinu (narušení struktury proteinu) dochází při teplotě kolem 60 C.
V procesu evoluce si poikilotermní organismy vyvinuly různé adaptace na měnící se teplotní podmínky prostředí. Hlavním zdrojem tepelné energie u poikilotermních živočichů je vnější teplo. Poikilotermní organismy si vyvinuly různé adaptace na nízké teploty. Někteří živočichové, např. arktické ryby, které trvale žijí při teplotě 1,8 C, obsahují ve svém tkáňovém moku látky (glykoproteiny), které zabraňují tvorbě ledových krystalků v těle; hmyz pro tyto účely akumuluje glycerol. Jiní živočichové naopak díky aktivní kontrakci svalů zvyšují produkci tepla v těle, takže zvyšují tělesnou teplotu o několik stupňů. Ještě jiné regulují výměnu tepla v důsledku výměny tepla mezi nádobami oběhový systém: cévy vycházející ze svalů jsou v těsném kontaktu s cévami vycházejícími z kůže a nesoucími ochlazenou krev (tento jev je charakteristický pro studenovodní ryby). Adaptivní chování zahrnuje mnoho hmyzu, plazů a obojživelníků, kteří si vybírají místa na slunci, aby se zahřáli, nebo mění různé polohy, aby zvětšili topnou plochu.
U řady studenokrevných živočichů se tělesná teplota může lišit v závislosti na fyziologickém stavu: například u létajícího hmyzu vnitřní teplota tělo se může zvýšit o 1012 C nebo více v důsledku zvýšené svalové práce. Vyvinul se sociální hmyz, zejména včely efektivní způsob udržování teploty pomocí kolektivní termoregulace (úl dokáže udržet teplotu 3435 C, nutnou pro vývoj larev).
Poikilotermní živočichové jsou schopni se přizpůsobit vysokým teplotám. To se také stává různými způsoby: k přenosu tepla může docházet jednak odpařováním vlhkosti z povrchu těla nebo ze sliznice horních cest dýchacích, jednak vlivem podkožní cévní regulace (např. u ještěrek rychlost průtoku krve cév kůže se zvyšuje se zvyšující se teplotou).
Nejpokročilejší termoregulace je pozorována u ptáků a homeotermálních savců. V procesu evoluce získali schopnost udržovat stálou tělesnou teplotu díky přítomnosti čtyřkomorového srdce a jednoho aortálního oblouku, který zajistil úplné oddělení arteriálního a venózního krevního toku; vysoký metabolismus; peří nebo vlasy; regulace přenosu tepla; dobře vyvinuté nervový systém získal schopnost aktivní život na různé teploty. Většina ptáků má tělesnou teplotu mírně nad 40 oC, zatímco savci mají tělesnou teplotu o něco nižší. Pro zvířata je velmi důležitá nejen schopnost termoregulace, ale také adaptivní chování, stavba speciálních úkrytů a hnízd, výběr místa s příznivější teplotou atp. Nízkým teplotám se také dokážou přizpůsobit několika způsoby: teplokrevní živočichové využívají kromě peří nebo chlupů třes (mikrokontrakce zevně nehybných svalů) ke snížení tepelných ztrát; oxidací hnědé tukové tkáně u savců vzniká další energie, která podporuje metabolismus.
Adaptace teplokrevných živočichů na vysoké teploty je v mnohém podobná podobným adaptacím studenokrevných živočichů: pocení a odpařování vody ze sliznice úst a horních cest dýchacích u ptáků pouze druhý způsob, protože oni; nemají potní žlázy; rozšíření krevních cév umístěných blízko povrchu kůže, což zvyšuje přenos tepla (u ptáků k tomuto procesu dochází v neopeřených oblastech těla, například přes hřeben). Teplota, stejně jako světelný režim, na kterém závisí, se přirozeně mění v průběhu roku a vlivem zeměpisná šířka. Proto jsou všechny úpravy důležitější pro bydlení při nízkých teplotách.