Температура среды обитания животных. Температурный фактор на большой территории земли

В данной статье предлагаем вашему вниманию самые разные и интересные факты о температуре. Пожалуй, каждый школьник знает, что температура это фундаментальное понятие в физике. А вообще температура играет большую роль для всех жизненных форм на земле. Оказывается, что при очень низких или наоборот – очень высоких температурах разные вещи ведут себя довольно странным образом.Самая высокая температура была создана руками человека и составила она 4 млрд. С 0 . В это трудно поверить, но учёным удалось достичь такого немыслимого уровня температуры, которая в 250 раз превышает температуру ядра у Солнца. Этот своего рода рекорд удалось достичь, благодаря ионному коллайдеру RHIC, который находиться в Естественной Лаборатории Брукхэвена (Нью-Йорк). Длинна этого коллайдера RHIC 4 километра. В ходе исследований, пытались воссоздать условия Большого взрыва. Для этого заставили столкнуться между собой ионы золота, создав при этом кварк-глюонную плазму.

Самая экстремальная температура в нашей Солнечной системе. Звезда Солнце очень горячая. В самом центре Солнца температура достигает отметки приблизительно 15 млн. Кельвинов, а сама поверхность Солнца нагрета до 5700 Кельвинов. К слову, температура ядра Земли примерно такая же, как и на поверхности Солнца. Самой горячей планетой в нашей Солнечной системе считают Юпитер. Так как температура его ядра в пять раз выше, нежели температура на поверхности Солнца.

Самая холодная температура зафиксирована на спутнике Земли – Луне. В отдельных кратерах, которые находятся в тени, температура достигает всего 30 Кельвинов – выше абсолютного нуля.

Есть народы, которые живут практически в экстремальных условиях и самых необычных местах, которые, казалось бы, никак не пригодны для жизни. Так есть самый холодный поселок на земле – Оймякон и еще город Верхоянск, что в Якутии (Россия). В этой местности зимой средняя температура опускается до минус 45С 0 . Это, пожалуй, самая экстремальная температура среды обитания человека. Самый холодный город также расположен в Сибири – Якутск (270 тысяч чел. населения). Зимняя температура там достигает отметки минус 45 С 0 , ну а летом может подняться до 30-ти С 0 .

Наиболее экстремально высокая температура отмечена в золотых шахтах Mponeng (Южная Америки). На глубине 3-х километров температура достигает плюс 65 С 0 . И в таких условиях работают люди. Чтобы как-то снизить эту невероятную жару, используют изолирующие покрытия для стен и лед.

Самая низкая температура была достигнута в искусственных условиях – 100 пико Кельвинов (0, 0000000001 K ). Таких результатов удалось достичь благодаря магнитному охлаждению. Еще подобного можно достичь лазерами. При таких аномально низких температурах любой материал и вещество ведут себя не так как в привычной для них среде.

Температура в космосе . Какая она? В космическом пространстве температура держится выше абсолютного нуля из-за радиации, которая еще осталась после Большого взрыва. Так например, если оставить в космосе термометр на некоторое время и подальше от источников радиации, то он будет показывать 2,73 Кельвина (минус 270 С 0). Такая температура считается самой низкой естественной температурой во Вселенной. Хоть космос и довольно таки холодный, как для нас. Но, оказывается, космонавты сталкиваются с самой важной проблемой – жарой. Металл из которого сделаны объекты на орбите, порой нагревается до 260 С 0 . Это происходит из-за свободных лучей Солнца. И дабы снизить температуру корабля, его оборачивают в специальный материал, понижающий температуру в два раза.

Но, тем не менее, температура в космосе падает. Так исследования показали, что каждые 3 млрд. лет наша Вселенная охлаждается на 1 градус, примерно. Температура на планете Земля никак не связанная с космической. К тому же, Земля последнее время медленно нагревается.

Есть ли самая высокая температура? Есть понятие абсолютный ноль, это такая температура, ниже, которой опуститься невозможно. А вот какая самая высокая, наука пока не может ответить.

Вообще-то самой высокой называют Планковскую температуру. Она была во Вселенной на момент Большого взрыва, так говорит современная наука. И достигала эта температура 10 ^32 Кельвинов. Простыми словами это в миллиарды раз выше и больше самой высокой температуры, которая когда-либо была получена искусственным путем. И на сегодняшний день она остается самой высокой из всех возможных.

Для химических процессов необходима тепловая энергия. Для сложных биохимических реакций ее требуется особенно много.

Поэтому жизнь в активном состоянии возможна лишь при достаточно высокой температуре среды. От количества тепла, получаемого организмом, зависят любые физиологические процессы, их интенсивность, а в некоторых случаях и их направление.

Каковы же температурные условия жизни на Земле. У большинства организмов жизнедеятельность протоплазма возможна в пределах от минус 4 до плюс 40-45°. При постепенном повышении температуры удается повысить теплоустойчивость клеток и организма, но до определенного предела, после которого начинается разрушение ферментов и других белковых соединений, вызывающее смерть. Однако в природе возникли и исключительно теплоустойчивые и теплолюбивые организмы. Как известно, с увеличением глубины температура земной коры повышается. Микробиологи считают, что нижней границей биосферы (т. е. областью земной коры и атмосферы, населенной жизнью) является изотерма в +100°. Особые виды бактерий были найдены в известняках на глубинах до 500 м от поверхности Земли. Эти бактерии жили при +35°.

Некоторые животные и водоросли могут населять горячие источники, в которых обычные организмы «свариваются» в несколько минут или секунд. Так, например, имеются водоросли, которые растут в горячих озерах при +90°. В некоторых горячих источниках при +81° найдены круглые черви - нематоды; личинки мух - при +69°, а улитки при +47, +50°.

У организмов, не приспособленных к жизни при постоянно высоких температурах, сопротивляемость нагреванию, конечно, значительно ниже. Но она может меняться и зависит, как выяснилось, от гормональных процессов и от содержания воды и жиров в протоплазме. Клетки животных редко длительное время переносят температуры выше 40°. Но в период покоя, когда снижается содержание воды, теплоустойчивость повышается. Так, например, колорадские жуки во время диапаузы (период покоя, остановки развития у насекомых) выносят в течение часа температуру +58°.

У микроорганизмов в состоянии покоя (цисты, споры) количество воды уменьшается очень резко, протоплазма становится вязкой, она не подвергается денатурации при температурах кипения воды, а иногда и при + 130, +150° (под давлением).

Другие организмы, напротив, приспособились к очень низким температурам, к жизни в наиболее холодных районах нашей планеты. Так, в районе полюса холода северного полушария - в Верхоянске - насчитывают до 200 видов растений. Антарктический материк почти совершенно безжизнен; здесь не хватает тепла, нет почвы, и сплошные массы вечного льда покрывают материк. Но на участках, обнаженных ото льда («оазисах»), найдено несколько десятков видов различных беспозвоночных животных и низших растений. Они живут здесь несмотря на то, что минимальные температуры достигают в Антарктиде -80° и ниже.

Стоит задуматься над тем, почему жизнь прекращается при низких температурах. При нагревании денатурируются белки, а при охлаждении оказалось, что наиболее опасно образование льда в тканях и клетках. Лет 30 назад распространено было мнение, что многие животные, в том числе и позвоночные - рыбы, лягушки, зимой промерзают, а весной вновь оживают. Впоследствии выяснилось, что это не так: кристаллы льда в протоплазме клеток высокоорганизованного животного неминуемо нарушают ее структуру, клетка гибнет.

Но если клетка теряет воду, устойчивость ее к холоду повышается. Из-за отсутствия воды клетки и ткани не замерзают. Так, например, некоторые относительно примитивные животные - коловратки, тихоходки, нематоды - в высушенном состоянии способны переносить охлаждение вплоть до температур, близких к абсолютному нулю. Такой же выносливостью обладают споры и семена растений.

Около 20 лет назад было обнаружено очень интересное явление, поразившее биологов. Если быстро погрузить отдельные живые клетки или микроорганизмы в жидкий воздух (около -190°), они мгновенно замерзают, но после оттаивания остаются живыми. Оказалось, что при очень быстром охлаждении вода не кристаллизуется и застывает, как стекло. Это и сохраняет жизнь клеткам.

Следовательно, не сама низкая температура, а лишь кристаллизация воды губительна для живой системы.

Микроорганизмы в виде спор, цист, а некоторые и в активном состоянии могут выносить температуру жидких газов (от -180 до -271°). Как показали исследования последних лет, клетки высокоорганизованных животных и растений при определенных условиях тоже могут переносить сверхнизкие температуры. Приведем несколько примеров.

Клетки из разных тканей животных помещали на некоторое время в раствор глицерина, а после этого переносили в жидкий газ с температурой до -196°. Отогретые после этой процедуры клетки «оживали». Сперматозоиды млекопитающих - быка, барана, кролика и других сохранялись в состоянии анабиоза при температуре около -196° и после отогревания не потеряли способности активно двигаться и оплодотворять яйцевую клетку. В опытах со сперматозоидами быка удалось «оживить» эти клетки после 8 лет пребывания при сверхнизкой температуре.

Но и без специальных защитных веществ, вроде глицерина, некоторые насекомые, зимующие в высоких широтах, могут переносить глубокое охлаждение. В природе они охлаждаются до -20, -30, может быть, даже -50°. В лаборатории Института цитологии АН СССР постепенно охлаждали зимующих гусениц кукурузного мотылька до -183 и -196°. Самые разнообразные клетки их тела оставались после оттаивания живыми в течение многих недель.

Что же происходит при такой низкой температуре, почему клетки не погибают? В природе наиболее часто защитой от замерзания является переохлаждение жидкостей тела. Известно, что при некоторых условиях вода не замерзает при 0°. а охлаждается без замерзания до значительно более низких температур. То же происходит и в клетках. В этом состоянии переохлаждения, исследованном подробно у насекомых, животное неподвижно, находится в оцепенении, но остается живым. Личинки жука короеда - заболонника струйчатого оставались, по нашим наблюдениям в природе, мягкими, не замерзшими при температуре от -48 до -55° в течение трех суток.

Но и кристаллизация жидкостей тела не всегда приводит к смерти. Еще в 1937 году нам удалось установить, что некоторые виды насекомых способны выдерживать замерзание с кристаллизацией жидкостей тела. Например, гусеницы кукурузного мотылька, зимующие в стеблях травянистых растений, при -30° нередко замерзают так, что становятся совершенно твердыми, и сохраняются в течение многих дней, после оттаивания они продолжают жить. В специально поставленных опытах эти гусеницы «оживали» после суточного пребывания в температуре -78° в замерзшем, твердом, как стекло, состоянии.

Но и эта температура еще не «рекордная» Недавно японские исследователи Асахина и Аоки поставили ряд экспериментов с постепенным охлаждением насекомых и других беспозвоночных - сперва их помещали в температуру -30°, после чего замерзшие животные сразу переносились в -183 или в -196°. После оттаивания некоторые из них оказались живыми. Такую температуру переносили в замерзшем состоянии довольно сложные животные, имея нормальное количество воды в теле.

В 1961-1962 годах в Институте цитологии АН СССР ставились опыты с глубоким охлаждением большого количества гусениц кукурузного мотылька. Оказалось, что свыше 70% гусениц переживали 25-суточное охлаждение до -78° и около 40% смогли развиваться и превращаться в куколок и бабочек после суточного пребывания при столь низкой температуре. Многие из этих гусениц под влиянием длительного процесса закаливания при температурах около 0° оставались живыми, пробыв 1-2 суток в жидком азоте (-196°).

Высокоорганизованные животные погибают уже при не значительном понижении температуры тела и не переносят даже небольшого количества льда во внутренних органах. Но высшие растения переносят очень низкие температуры

Очень интересны, например, опыты, проведенные Тумановым с сотрудниками в Институте физиологии растении АН СССР. Для опыта были взяты ветки различных древесных пород, березы бородавчатой, черной смородины, яблони и других. Срезанные ветви березы закаливались сначала при -5°, а затем каждый день температура зимой понижалась до очень низкой температуры, пока не достигла -60° После этого ветви опускались на двое суток в жидкий азот (-196°) и затем отогревались. Ветви смородины закаливались более длительно и из жидкого азота переносились в жидкий водород (-253°) на два часа, откуда снова в азот, который постепенно испарялся в течение шести суток. В дальнейшем, когда ветви были помещены в воду, почки на ветвях распускались. Без закаливания ветви погибали при -45°. Совсем не выдерживали охлаждения ветви, срезанные летом

Невольно возникает вопрос, почему живые ткани могут переносить такие низкие температуры, каких не бывает на Земле? Известно, что развитию высокой холодоустойчивости способствует закаливание при низкой температуре, постепенное понижение интенсивности обмена веществ при наступлении зимнего покоя, спячки, в это время уменьшается количество воды, способное превратиться в лед при охлаждении, увеличивается количество веществ, которые препятствуют замерзанию. Но основная причина в том, что клетки могут переходить в состояние анабиоза, при котором временно совсем прекращается обмен веществ. Это состояние наступает при температурах, которые не слишком низки и наблюдаются на Земле. Когда же организм находится в состоянии анабиоза, дальнейшее охлаждение для него уже не имеет существенною значения.

Приспособление живых существ шло и по другим направлениям - позвоночные, например, приобрели способность сохранять и повышать активность обмена при низких температурах. Так возникла теплокровность, при которой температура тела сохраняется независимо от температуры среды.

Некоторые виды насекомых, подобно теплокровным животным, могут сохранять активность при морозах до -10° и даже ниже. По-видимому, для этого достаточно тепла, выделяющегося при мышечной работе. Быть может, этому способствует также поглощение инфракрасных лучей Солнца

Для космической биологии очень интересно изучить, существуют ли физиологические различия между органами и тканями животных, живущих в разном климате. И если такие различия есть, нельзя ли обнаружить их между клетками очного и того же животного, расположенными внутри и на поверхности тела, которая испытывает значительные колебания температуры?

Очень небольшое количество подобных наблюдений отрывает увлекательные перспективы для будущих исследований.

Известно, что у арктических и антарктических птиц не покрытая перьями поверхность ног может иметь очень низкую температуру кожи и не страдать при жестоких морозах Установлено, что периферические нервы у арктических птиц и млекопитающих проводят импульсы при более низкой температуре, чем соответствующие нервы у животных, приспособленных к тропическому климату или живущих в лабораторных условиях. Когда берут ткани для культивирования в искусственных условиях от различных грызунов, то оказывается, что клетки их тем дольше сохраняют жизнеспособность при низкой температуре, чем в более суровых условиях жил дикий зверек.

У растений и животных Арктики и высокогорий способность к активной жизни нередко как бы сдвигается в сторону низких температур по сравнению с их родичами из более теплых мест. Так, в умеренном климате у большинства организмов (кроме, конечно, теплокровных) дыхание прекращается между -5 и -15°. У некоторых же насекомых Арктики дыхание обнаруживается еще при температуре в -26 и -38°. Среди растений только хвойные дышат при еще более низкой температуре.

В высокогорьях на вечных снегах встречается одноклеточная водоросль (Spherella nivalis), которая покрывает снег красными или зелеными налетами. Лучше всего она растет при +4° и может еще расти при -34°. Таким образом, организмы способны приспосабливаться к самым низким из имеющихся на Земле температурам.

В лабораторных условиях путем «воспитания» или «закаливания» удается еще более расширить температурные границы жизни. Особенно легко «перевоспитываются» одноклеточные организмы. В опытах профессора Ю. И. Полянского (Институт цитологии АН СССР) инфузории туфельки помещались в воду с температурой около 0°. Сначала они были в очень угнетенном состоянии, некоторые погибли, но другие постепенно «привыкли» и стали размножаться. Потомство таких «закаленных» туфелек оказалось способным переносить в переохлажденной воде температуру до -15° (до закаливания они выдерживали температуру лишь немного ниже 0°). Процессы закаливания хорошо изучены у растений и у некоторых животных. При этом удается «приучить» организмы к температурам более низким, чем бывает на Земле. Естественно допустить, что температурные условия гораздо более суровые, чем на нашей планете, не могут быть препятствием для жизни.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Животный мир является одним из самых главных компонентов природной среды. Без него невозможно существование нашей планеты

Изучаемые вопросы, потребуют для ответа сведений, не только полученных на данном занятии, но и материал уроков ботаники и зоологии. Материал можно использовать для изучения "Окружающего мир" в начальной школе.

Тип учебного занятия: изучения и первичного закрепления новых знаний,

применение их на практике.

Форма проведения: Лекция, видеоматериал

Дидактическая цель: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации

Основные понятия-

Холоднокровные животные. Двигательная активность. Спячка.

Оцепенение. Теплокровные животные. Постоянная температура тела

Вопросы для обсуждения

1.Для чего животному нужно тепло?

2.Каковы источники тепла для холоднокровных и теплокровных животных?

3.Как животные реагируют на понижение и повышение температуры в среде обитания?

Температурные условия поверхности планеты чрезвычайно разнообразны. Наиболее жаркие территории расположены вблизи экватора — это тропики и суб-тропики. Наиболее холодные — вблизи полюсов — это приполярные области. Ме-жду ними лежат области с умеренной температурой. Сильно изменчивы и темпе-ратурные условия водоемов. Самая низкая температура в глубинах океана 0°С. Наиболее высокая температура зарегистрирована в горячих источниках +60°С.

Животные обитают практически во всем температурном диапазоне, кото-рый представлен на планете.

В теле животного постоянно происходит обмен веществ. Его интенсив-ность зависит от температуры тела животного. В то же время обмен веществ обеспечивает животное энергией. На температуру тела животных оказывает влияние температура окружающей среды. Любой организм может жить только в пределах определенного интервала внешних температур. При слишком сильной жаре или при слишком сильном холоде животное погибает.

Большинство живущих на Земле животных — холоднокровные , т. е. не имеют постоянной температуры тела. Их температура близка к температуре окружаю-щей среды: когда холодно — они охлаждаются, а если очень жарко — они могут перегреться. У животных есть разные способы реагировать на температуру сре-ды и соответственно регулировать свою температуру. Один способ — так греться на солнце, чтобы оно освещало и нагревало как можно большую поверхность их тела. В умеренном климате этим способом пользуются многие прямокрылые на-секомые — кузнечики, саранча; так же ведут себя и пресмыкающиеся (рис.1). Это особенно необходимо самкам при подготовке к размножению.

Замечено также, что крупная ящерица — пустынная игуана — на протяже-нии суток может изменять окраску тела: с утра, когда еще не жарко, она окраше-на в более темные тона, а по мере усиления солнечного тепла она бледнеет. Тем-ная окраска способствует поглощению внешнего тепла, а светлый тон отражает солнечное излучение. Это используют и пустынные черепахи: в утренние часы они выставляют из-под панциря свои темные лапы, улавливая тепло.

Другой способ реакции на внешнюю температуру — изменение двигательной активности , Исследования показали, что мышечная работа всегда способствует разогреванию тела. При понижении температуры увеличивается двига-тельная активность холоднокровного животного. Замечено, что даже мокрицы и многоножки при понижении температуры становятся более подвижными. А на-блюдения за бабочками-бражниками показали, что они, прежде чем пуститься в полет, активно машут крыльями, разогревая свое тело.

Не надо думать, что животные, живущие в жарком и сухом климате, спокой-но выносят любое повышение температуры. Для них температура нагретого песка губительна, и если даже пустынную ящерицу насильно удерживать на этой поверх-ности. она вскоре погибнет от перегрева. И здесь на помощь приходят поведенче-ские маневры. Например, ушастая круглоголовка быстро проскальзывает по разогретому песку, затем замирает и, конвульсивно изгибая тело, закапывается в него, а чтобы не задохнуться, выставляет на поверхность кончик носа с парой маленьких ноздрей. У некоторых пустынных черепах при значительном повышении темпера-туры воздуха резко возрастает отделение слюны. Вытекая изо рта, она смачивает нижнюю часть головы, шею и конечности — так черепаха охлаждается.

Рис. 1. 1 - саранча; 2- кузнечик; 3 - веретеница; 4 - прыткая ящерица; 5 -ящерица-круглоголовка.

Реакция на повышение или понижение температуры среды свойственна и водным животным. Зимой рыбы, амфибии впадают в оцепенение . Осетры на реке Урал лежат неподвижно близ дна, их тело покрывается толстым слоем сли-зи, которая изолирует рыбу от низких температур. Караси закапываются в ил, температура их тела опускается до 0,2-0,3°С.

Земноводные уже при температуре 7-8°С впадают в оцепенение. Вот поче-му они наиболее разнообразны и многочисленны в тропиках и субтропиках. По мере движения к полюсам их становится все меньше, а за Полярный круг прони-кают лишь два вида лягушек и один вид тритона (сибирский углозуб).

А как живут теплокровные животные — с постоянной температурой тела ? Они, безусловно, обладают большими преимуществами во взаимодействии с пе-ременчивыми условиями среды по сравнению с предыдущей группой, хотя в об-щем изобилии видов животных планеты они составляют меньшинство. Постоян-ная высокая температура тела (+38...+40°С для млекопитающих и +40...+42°С для птиц) — их главное преимущество. Однако эта группа животных тоже реагирует и на перегрев, и на слишком низкую температуру среды. Эта реакция выражает-ся в различных приспособлениях организма (густота волосяного или перьевого покрова, наличие подкожного слоя жира, частота дыхательных движений).

Рис. 2. Обыкновенная белка:1-летом; 2-зимой Рис. 3.Группа пингвинов защищается от ветра

Вот, к примеру, всем хорошо знакомая лесная птица — чиж, одна из мель-чайших птиц нашей отечественной фауны. При осенней линьке и приближении зимы количество пуховых перьев на теле чижа увеличивается.

Значение температуры состоит прежде всего в непосредственном ее влиянии на скорость и характер протекания реакций обмена веществ в организмах.

Биологические свойства живых организмов, их клеток и клеточных структур, а также белков предопределяют возможность их жизнедеятельности в интервале температур от 0 до 50°С, однако общий температурный диапазон активной жизни на планете значительно шире и ограничивается следующими пределами (табл. 42).

Среди организмов, способных существовать при очень высоких температурах, следует назвать прежде всего бактерии и некоторые термофильные водоросли, населяющие воду источников с температурой 85- 87 °С. Успешно переносят очень высокие температуры (65-

80 °С) накипные лишайники, семена и вегетативные органы пустынных растений (саксаул, верблюжья колючка, тюльпаны), находящиеся в верхнем слое раскаленной почвы. Существует немало видов животных и растений, выдерживающих большие значения минусовых температур. Полярные воды с температурой от 0 до -2° населены разнообразными представителями растительного и животного мира - микроводорослями, беспозвоночными, рыбами, жизненный цикл которых постоянно происходит в таких температурных условиях.

Значительно большие адаптационные возможности существуют у организмов на закономерно повторяющиеся сезонные периоды более низких температур зимнего времени года. Многие растения и животные при соответствующей подготовке успешно переносят в состоянии глубокого покоя или анабиоза предельно низкие температуры на нашей планете от -68 до -70° С (Якутия, Антарктида). В лабораторных экспериментах семена, пыльца, споры растений, нематоды, коловратки, цисты простейших и других организмов, сперматозоиды после обезвоживания или помещения в растворы специальных защитных веществ - криопротекторов - переносят температуры, близкие к абсолютному нулю.

В настоящее время достигнуты успехи по практическому использованию веществ с криопротекторными свойствами (глицерин, полиэтиленоксид, диметилсульфоксид, сахароза, маннит и др.) в биологии, сельском хозяйстве, медицине. В растворах криопротекторов осуществляется длительное хранение консервированной крови, спермы для искусственного осеменения сельскохозяйственных животных, некоторых органов и тканей для трансплантации; защита растений от зимних морозов, ранневесенних заморозков и т. п. Указанные проблемы относятся к компетенции криобиологии и криомедицины и решаются многими научными учреждениями.

Жизнедеятельность большинства организмов, их активность зависит главным образом, от тепла, поступающего извне, а температура тела - от значений температуры окружающей среды и энергетического баланса (соотношения поглощения и отдачи лучистой энергии). Такие организмы называют пойкилотермными (эктотермными). Пойкилотермия (холоднокровность) свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоночным и значительной части хордовых.

У представителей двух высших классов позвоночных - птиц и млекопитающих - тепло, вырабатываемое как продукт биохимических реакций, служит существенным источником повышения температуры их тела и поддержания»€е на постоянном уровне независимо от температуры среды. Такие организмы называются гомойотермными (эндотермными). За счет этого свойства многие виды животных способны жить и размножаться при температуре ниже нуля (северный олень, белый медведь, ластоногие, пингвины). Поддержание и сохранение высокой температуры тела у теплокровных организмов осуществляется благодаря активному обмену веществ и хорошей тепловой изоляции, создаваемой густым волосяным покровом, плотным оперением или толстым слоем подкожного жира.

Частным случаем гомойотермии является гетеротермия - разный уровень температуры тела в зависимости от функциональной активности организма. Гетеротермия свойственна животным, впадающим в неблагоприятный период года в спячку или временное оцепенение. При этом высокая температура их тела заметно снижается за счет замедленного обмена веществ (суслики, ежи, летучие мыши, птенцы стрижей и др.).

Пределы выносливости больших значений температурного фактора различны как у пойкилотермных, так и у гомойотермных организмов. Эвритермные виды способны переносить колебания температуры в широких пределах.

Стенотермные организмы живут в условиях узких пределов температуры, подразделяясь на теплолюбивые стенотермные виды (орхидеи, чайный куст, кофе, кораллы, медузы и др.) и на холодолюбивые (кедровый стланик, предледниковая и тундровая растительность, рыбы полярных бассейнов, животные абиссали - области наибольших океанических глубин и т. п.).

Для каждого организма или группы особей существует оптимальная зона температуры, в пределах которой деятельность выражена особенно хорошо. Выше этой зоны находится зона временного теплового оцепенения, еще выше - зона продолжительной бездеятельности или летней спячки, граничащая с зоной высокой летальной температуры. При понижении последней ниже оптимума находится зона холодового оцепенения, зимней спячки и летальной низкой температуры.

Распределение особей в популяции в зависимости от изменения температурного фактора по территории подчиняется в целом такой же закономерности. Зоне оптимальных температур соответствует наибольшая плотность популяции, а по обе стороны от нее наблюдается снижение плотности вплоть до границы ареала, где она наименьшая.

Температурный фактор на большой территории Земли подвержен резко выраженным суточным и сезонным колебаниям, что в свою очередь обусловливает соответствующий ритм биологических явлений в природе. В зависимости от обеспеченности тепловой энергией симметричных участков обоих полушарий земного шара, начиная от экватора, различают следующие климатические зоны:

1. Тропическая зона. Минимальная среднегодовая температура превышает 16 °С, в самые прохладные дни не опускается ниже 0°С. Колебания температуры во времени незначительны, амплитуда не превышает 5 °. Вегетация круглогодичная.

2. Субтропическая зона. Средняя температура самого холодного месяца не ниже 4 °С, а самого теплого - выше 20 °С. Минусовые температуры редки. Устойчивый снежный покров зимой отсутствует. Вегетационный период продолжается. 9-11 мес.

3. Умеренная зона. Хорошо выражены летний вегетационный сезон и зимний период покоя растений. В основной части зоны устойчивый снежный покров. Весной и осенью типичны заморозки. Иногда эта зона подразделяется на две: умеренно теплую и умеренно холодную, для которых характерно четыре времени года.

4. Холодная зона. Среднегодовая температура ниже 0 °С, заморозки возможны даже в течение короткого (2-3 мес.) вегетационного периода. Очень велико годовое колебание температуры.

Закономерность вертикального размещения растительности, почв, животного мира в горных районах обусловлена главным образом также температурным фактором. В горах Кавказа, Индии, Африки можно выделить четыре-пять растительных поясов, последовательность которых снизу вверх отвечает последовательности широтных зон от экватора к полюсу на одной и той же высоте.

Температурные условия поверхности планеты Наиболее жаркие территории расположены вблизи экватора это тропики и субтропики. Наиболее холодные вблизи полюсов это приполярные области. Между ними лежат области с умеренной температурой. Сильно изменчивы и температурные условия водоемов. Самая низкая температура в глубинах океана 0° С. Наиболее высокая температура зарегистрирована в горячих источниках +60° С. Животные обитают практически во всем температурном диапазоне, который представлен на планете.

В теле животного постоянно происходит обмен веществ. Его интенсивность зависит от температуры тела животного. В то же время обмен веществ обеспечивает животное энергией. На температуру тела животных оказывает влияние температура окружающей среды. Любой организм может жить только в пределах определенного интервала внешних температур. При слишком сильной жаре или при слишком сильном холоде животное погибает.

Холоднокровные животные Большинство живущих на Земле животных холоднокровные, т. е. не имеют постоянной температуры тела. Их температура близка к температуре окружающей среды: когда холодно они охлаждаются, а если очень жарко они могут перегреться. У животных есть разные способы реагировать на температуру среды и соответственно регулировать свою температуру. Один способ так греться на солнце, чтобы оно освещало и нагревало как можно большую поверхность их тела. В умеренном климате этим способом пользуются многие прямокрылые насекомые кузнечики, саранча; так же ведут себя и пресмыкающиеся (рис. 28).

Замечено также, что крупная ящерица пустынная игуана на протяжении суток может изменять окраску тела: с утра, когда еще не жарко, она окрашена в более темные тона, а по мере усиления солнечного тепла она бледнеет. Темная окраска способствует поглощению внешнего тепла, а светлый тон отражает солнечное излучение. Это используют и пустынные черепахи: в утренние часы они выставляют из - под панциря свои темные лапы, улавливая тепло.

Другой способ реакции на внешнюю температуру изменение двигательной активности. Исследования показали, что мышечная работа всегда способствует разогреванию тела. Поэтому при понижении температуры увеличивается двигательная активность холоднокровного животного. Замечено, что даже мокрицы и многоножки при понижении температуры становятся более подвижными. А наблюдения за бабочками - бражниками показали, что они, прежде чем пуститься в полет, активно машут крыльями, разогревая свое тело.

Не надо думать, что животные, живущие в жарком и сухом климате, спокойно выносят любое повышение температуры. Для них температура нагретого песка губительна, и если даже пустынную ящерицу насильно удерживать на этой поверхности, она вскоре погибнет от перегрева. И здесь на помощь приходят поведенческие маневры. Например, ушастая круглоголовка быстро проскальзывает по разогретому песку, затем замирает и, конвульсивно изгибая тело, закапывается в него, а чтобы не задохнуться, выставляет на поверхность кончик носа с парой маленьких ноздрей. У некоторых пустынных черепах при значительном повышении температуры воздуха резко возрастает отделение слюны. Вытекая изо рта, она смачивает нижнюю часть головы, шею и конечности так черепаха охлаждается.

Водные животные Зимой рыбы, амфибии впадают в оцепенение. Осетры на реке Урал лежат неподвижно близ дна, их тело покрывается толстым слоем слизи, которая изолирует рыбу от низких температур. Караси закапываются в ил, температура их тела опускается до 0,2-0,3° С. Земноводные уже при температуре 7-8° С впадают в оцепенение. Вот почему они наиболее разнообразны и многочисленны в тропиках и субтропиках. По мере движения к полюсам их становится все меньше, а за Полярный круг проникают лишь два вида лягушек и один вид тритона (сибирский углозуб).

А как живут теплокровные животные с постоянной температурой тела? В общем изобилии видов животных планеты они составляют меньшинство. Постоянная высокая температура тела (° С для млекопитающих и ° С для птиц) их главное преимущество. Однако эта группа животных тоже реагирует и на перегрев, и на слишком низкую температуру среды. Эта реакция выражается в различных приспособлениях организма (густота волосяного или перьевого покрова, наличие подкожного слоя жира, частота дыхательных движений).

Лесная птица чиж, одна из мельчайших птиц. При осенней линьке и приближении зимы количество пуховых перьев на теле чижа увеличивается примерно на одну тысячу. Таким образом улучшается тепловая изоляция тела. Очень теплый покров имеют овцебык, северный олень, белый медведь, королевский пингвин. Шкурка белок из рыжей становится светло - серой, а главное - очень пушистой (рис. 29).

Как ведут себя в ветреную холодную погоду антарктической зимой пингвины? Они сбиваются в плотные группы и внутри них укрывают детенышей (рис. 30). Такой способ поведения позволяет удерживать внутри группы чуть более высокий уровень температуры и спасать себя и свое потомство от ледяного ветра. Рис. 30. Группа пингвинов защищается от ветра

Как охлаждаются теплокровные животные в жару? Выделение тепла усиливается при обдуве всего тела или поверхности дыхательных органов. Собака, когда ей жарко, открывает рот и высовывает язык. Испарение жидкости снижает температуру тела. У птиц дыхательная система с легочными мешками предназначена для дыхания и газообмена, но еще она участвует в обдуве внутренних органов, в освобождении от излишнего тепла.