Лекция 2 Условия организм без внешней среды

Лекция 2: Условия • …организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен. И. М. Сеченов

Что такое условия? «Условие» - изменяющийся во времени и пространстве абиотический фактор среды обитания, на который организмы реагируют по-разному в зависимости от его силы. – температура, – относительная влажность воздуха, – р. Н, – соленость, – скорость течения – концентрация – загрязняющих веществ.

Принципиальная схема влияния количественного выражения фактора среды на жизнедеятельность организма (по: И. А. Шилов, 1985)

Температура и организмы: Классификация Холоднокровные животные Теплокровные животные Пойкилотермные организмы Температура тела зависит от окружающей среды Гомойотермные организмы при изменении температуры окружающей среды поддерживают примерно постоянную температуру тела Эктотермные организмы Температура тела определяется внешними источниками тепла Эндотермные организмы регулируют температуру тела за счет внутренней теплопродукции

Эктотермы Lysichiton americanus Работами D. Burchardt (1954), H. Esch (1964), M. Roth (1969) установлено, что производство тепла пчелами осуществляется за счет микровибраций мышц груди, которые визуально незаметны и могут быть обнаружены лишь с помощью специальной аппаратуры. Philodendron grazielae G. S. Bunting

Терморегуляция у пчел

Теплообмен у эктотермных организмов

«Плата» за регуляцию теплообмена у эктотермов: • Во-первых, регуляторные возможности многих эктотермов (в особенности растений) крайне ограничены. • Во-вторых, поведенческие механизмы регуляции ограничены внешними условиями. • В-третьих, энергетические затраты (формирование отражающей кутикулы у растений). эффективность терморегуляции отражает компромисс между затратами и выгодами.

Температура и обмен веществ

Физиологическое время, концепция «градусо-дней» Для завершения развития личинки репницы (Pieris rapae) от вылуп- ленпя из яйца до окукливания требуется 174 градусо-дня (сверх температурно- температурного порога, равного 10, 5 °С). Для завершения развития вышедших из диапаузы яиц кузнечика Austroiceies cruciata требуется 70 градусо-дней (сверх физиологического порога развития, равного 16 °С);

Температура как стимул

Акклиматизация • Смещение реакция эктотермного организма под влиянием экспозиции при субоптимальной температуре. Важно: 1. разделяющий кривые реагирования «температурный сдвиг» меньше разности между соответствующими акклимационными температурами: компенсация имеет место, она всего лишь частична. 2. Акклиматизационные изменения могут улучшать соответствие между температурными реакциями эктотермного организма и динамикой температуры окружающей его среды, но акклиматизация требует времени.

Интенсивность потребления кислорода лягушками (Rana pipiens) при данной температуре зависит от температуры акклимации. (По Rieck et al. , 1960. )

Высокие температуры Смерть при высоких температурах может наступить в результате: • инактивации ферментов. • нарушения равновесия между различными составляющими обмена веществ: у растений при высоких температурах дыхание опережает фотосинтез. • Обезвлживания.

Низкие температуры Вредное воздействие: 1. При достаточно низких температурах обмен обычно замедляется и практически прекращается. У всех эктотермов по существу прекращается отправление обычных поддерживающих функций. Образование кристаллов льда

Эндотермные организмы • Эндотермы в состоянии эффективно регулировать температуру тела, но расходуют при этом много энергии.

Температура окружающей среды: широтные и сезонные различия. среды: широтные и

Температура окружающей среды: широтные и сезонные различия.

Типы климата

Экваториальный климат (5 градусов севернее и южнее экватора) — климат влажных лесов Экваториальный экваториального пояса со слабыми ветрами, очень малыми годовыми колебаниями температур (24 пояс — -28 °С на уровне моря) и обильными осадками (от 1, 5 тыс. до 5 тыс. мм в год), выпадающими более или менее равномерно в течение всего года Субэкваториальный климат или Тропический муссонный климат Субэкваториальн 15° до 32 °С Осадков выпадает от 250 до 2000 мм в год. 90— 95 % осадков приходятся на летний ый пояс дождливый период продолжительностью от 2— 3 до 9— 10 мес, зима сухая Разновидность: Муссонный климат на тропических плато Тропический пояс Тропический климат: все 12 месяцев в году средняя температура держится выше 18 °C (64. 4 °F). Тропический сухой (пустынный) климат | Тропический влажный климат Субтропический пояс Субтропический климат: Средняя месячная температура летом выше 23 °C, зимой от 3 °C и выше, в результате вторжений полярного воздуха возможны заморозки до − 1 … − 5 °C, небольшие, а изредка и большие (до − 15 … − 20 °C) морозы Субтропический внутриконтинентальный климат | Средиземноморский климат | Субтропический муссонный климат | Климат высоких субтропических нагорий | Субтропический океанический климат Умеренный климат: Средняя температура самого холодного месяца, как правило, ниже 0, самого тёплого — выше +15. Зимой в умеренном климате должен быть постоянный снежный покров, а Умеренный пояс летом — максимум осадков. Внутриконтинентальный умеренный климат | Климат горных районов в умеренных широтах | Умеренный морской климат | Умеренный муссонный климат | Умеренный океанический климат Субполярный пояс Субполярный климат: Лето короткое и прохладное со средними месячными температурами, редко превышающими +10° С. Годовая сумма осадков обычно не превышает 380 мм. Субарктический климат | Субантарктический климат Полярный климат: Минимальные температуры в этих районах иногда снижаются до − 55, − 60 °C, близкие к 0 °C средние температуры воздуха летних месяцев при отрицательной среднегодовой

Температура окружающей среды: высотные различия.

Температура окружающей среды: микроклиматические различия • в ночное время погружение плотного холодного воздуха на дно горной долины может привести к тому, что там будет на 31 °С холоднее, чем на краю долины всего лишь в 100 м выше; • морозным зимним днем солнечные лучи могут нагреть обращенную к югу сторону ствола дерева до 30 °С; • на участке, покрытом растительностью, температуры воздуха в точках, разделенных вертикальным расстоянием 2, 6 м (на поверхности почвы и непосредственно над верхним ярусом листвы), могут различаться на 10 °С.

Глубинное распределение температуры

Зависимость распространения Цереуса от температуры Соответствие между северной и восточной границей распространения гигантского цереуса в пустыне Сонора (штриховая линия) и границей зоны, за пределами которой в отдельные зимние дни не бывает оттепелей (жирная линия). Из Mac. Arthur, 1972 по Hastings, Turner, 1965. )

Марена чужеземная (Rubia peregrina) Средняя январская температура ниже 4, 5°С —указывает на то, что в данной местности бывает довольно холодно, т. е. что температуры зачастую слишком низки для формирования побегов

Balanus balanoides Температурные условия, в которых В. balanoides не может образовать устойчивой популяции по причине конкурентного исключения, менее жестки, как те, при которых он погибает, Его распространение ограничивается воздействием температуры на некое биологическое взаимодействие (т. е. конкуренцию). (Mac. Arthur, 1972) Южная граница распространения морского желудя Balanus balanoides очень близка к изолинии минимального значения зимней температуры поверхностных вод, равного 8°С.

Coleophora alticotella и Juncus squarrosus,

Выводы: 1. В некоторых случаях распространение организмов ограничивается непереносимыми (летальными) внешними условиями; если это так, то летальные условия вовсе не обязательно существуют постоянно — они могут возникать лишь время от времени. 2. Гораздо чаще распространение организмов сдерживается из-за систематического возникновения субоптимальных (а не летальных) условий, влекущих за собой торможение роста, размножения или повышения вероятности гибели. 3. Воздействие субоптимальных условий нередко заключается в изменении исхода некоторого биологического взаимодействия между особями изучаемого вида и особями другого вида (или нескольких других видов). 4. Субоптимальные условия часто взаимодействуют (т. е. действуют совокупно) с прочими факторами, так что выделить одно-единственное условие в качестве самостоятельного фактора бывает невозможно. 5. Неблагоприятные последствия влияния субоптимальных условий смягчаются физиологическими и поведенческими реакциями организмов, а также в результате приобретения ими в процессе эволюции новых признаков. 6. Особи какого-либо вида, обитающие вблизи границ видового арела, населяют участки ( «пятна» ), условия в которых наиболее близки к существующим в центре ареала.