Обмен веществ у автотрофных организмов. Температура как экологический фактор
Обмен веществ в живых организмах протекает в диапазоне температур от — 10 до + 50 "С. Замерзающая на нижней границе вода ограничивает активность ферментов. На верхней границе разрушается характерная молекулярная структура ферментов, они видоизменяются или появляются повреждения в мембранах. Неблагоприятные периоды могут переживаться живыми организмами в фазе покоя (латенция), а неблагоприятные времена года — в латентных формах существования (дорманция).
Настоящие термофильные организмы — это виды с термостабильными ферментными компонентами клеток.
Их температурный оптимум находится между + 45 "С и + 95 "С (например микроорганизмы горячих источников, рисунок А). По закону Вант-Гоффа при повышении температуры на 10 "С скорость реакции увеличивается в 2 — 3 раза (правило рос-га скорости реакции с повышением температуры — РСT; рисунок В). Рост, развитие и активность большинства организмов в большей или меньшей степени зависят от температуры окружающей среды. Различают организмы пойкилотермные (имеют переменную температуру тела); стенотермные — приспосабливаются к узкому температурному диапазону; эвритермные — к более широкому (рисунок А). Только птицы и млекопитающие могут использовать энергию обмена веществ таким образом, что их внутренняя температура остаётся постоянной и практически не зависит от колебаний температуры окружающей среды. Они гомойотермные (имеют постоянную температуру тела, рисунок А). В зависимости от вида млекопитающих температура их тела колеблется от 35 (коала) до 39,5 "С (кролики), а температура тела птиц — от 37 (страус) до 42 "С (павлин).
Пойкилотермные животные отыскивают места с малой теплоотдачей, чтобы попасть в благоприятную для них температурную зону — около + 27 "С (оптимальная температура).
Ящерицы и насекомые согреваются, принимая солнечные ванны, например: бабочки с темными крылышками абсорбируют солнечное излучение, нагретая внутренняя жидкость по артериям разносит тепло по телу. Светлые крылья направляют солнечные лучи на темное тело или темные подкрылки (рисунок Б). Быстро взмахивая крыльями, многие насекомые повышают свою температуру до необходимой (от + 30 до + 40 "С) перед взлетом. Термиты регулируют температуру в термитниках, располагая их надземную часть по направлению С — Ю. Рептилии северных широт или живущие в горах являются яйце-живородными (ововивипарии) Если внешняя температура ниже 0 °С, пойкилотермные животные впадают в оцепенение от холода, а при дальнейшем снижении температуры погибают (смерть от замерзания; рисунок А).
Влияние температуры на обмен веществ, тепловой баланс
Гомойотермные животные обладают оптимальной для обмена веществ температурой тела; они защищены от избыточной потери тепла в окружающую среду перьями или мехом: в верхнем слое кроющими перьями или остью, в нижнем — пухом или подшерстком.
Если потери тепла в холодные времена года становятся слишком большими, у теплокровных животных наступает период зимнего покоя. Барсуки, белки и медведи понижают температуру своего тела на несколько градусов, мелкие и более примитивные животные впадают в зимнюю спячку.
Все жизненные функции в это время сильно заторможены, звери живут за счет жировых накоплений. При падении температуры тела начинает действовать система терморегуляции.
Термостойкость — это способность организма переживать жару и холод без остаточных последствий. Температурный диапазон выносливости цитоплазмы по отношению к температуре генетически обусловлен и зависит от вида, расы и экотипа. Лиственно стеблевые растения суши более подвержены воздействию облучения и температурным скачкам, чем животные. Активный рост возможен в температурном диапазоне от + 5 до +40 "С (вегетационный период). Подвод, и сланевые растения являются стенотермными.
Растения районов жаркого климата могут поворачивать свои листья параллельно солнечным лучам, повышая эффективность транспирации устьицами (рисунок Г).
Морозостойкость растений различна.
Цитоплазма гибнет или повреждается при снижении температуры (замерзание) и под воздействием мороза (замораживание). Растения зоны умеренного климата противостоят морозам до — 30 "С (с. 127), растения более холодных областей — ниже — 70 "С. Способность переживать внеклеточное обледенение тканей (морозостойкость) должна приобретаться осенью; с повышением температуры выше 0 "С она быстро утрачивается. Благодаря накоплению растворенных веществ и водосвязывающих молекул (сахар, аминокислоты, белки, соли, органические кислоты) точка замерзания снижается. Так, вода в сосудах и в межклеточной ткани замерзает при температуре несколько ниже 0 "С, клеточные соки в зависимости от концентрации растворенных веществ — от — 1 до — 6 "С. Эту систему используют насекомые.
Глицерол и прочие спирты действуют как антифриз (снижают температуру замерзания). В клетках аркт. жуков-бегунков зимой при — 35 "С содержание глицерола составляет 22%, а летом — 1% (этот вид должен бы умереть при — 6,6 "С). Антиморозные протеины рыбы северных морей понижают температуру замерзания сыворотки крови.
