Зависимость активных организмов от температуры

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра геоэкологии и  природопользования

 

Допустить к защите

«_____» ______________2011 г.

Научный руководитель - доц., канд. биол. наук,

___________________Ю.А. Постарнак

     Подпись

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

ЗАВИСИМОСТЬ АКТИВНОСТИ ОРГАНИЗМОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

 

 

 

 

 

Работу выполнила Савушкина Валентина Анатольевна    

Фамилия Имя Отчество

Факультет географический         

Специальность 022000.62- «Экология и природопользование»   

Нормоконтролер  доц., канд. биол. наук                                Ю.А. Постарнак 

      Должность, учен. Степень                  Подпись          Дата                                Ф.И.О

 

 

 

Краснодар 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………...3

1 Биоклиматический закон А.Хопкинса. Правило Вант-Гоффа.

Биполярность…………………………………………………………………….5

2 Тепловой преферендум. Влияние температуры на жизнедеятельность…........11

3 Влияние температуры на географическое распределение животных...............19

4 Влияние низких температур и адаптации…………………………………......24

5 Влияние высоких температур и адаптации…………………………………...38

6 Пределы выносливости. Психрофиты………………………………………...44

Заключение………………………………………………………………………….....55

Список используемых источников…………………………………………………...58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Организмы - это реальные носители жизни. Они отличаются от неживой природы определенной совокупностью свойств, присущих только живой материи: клеточная организация; обмен веществ, при ведущей роли белков и нуклеиновых кислот, обеспечивающих гомеостаз организма - самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды. Живым организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность, а также приспособляемость к условиям существования - адаптация [Коробкин, 2005, с. 32]. Взаимодействуя с абиотической средой, организм выступает как целостная система. Изменение одних частей и функций организма неизбежно влечет за собой изменение других его частей и функций [Коробкин, 2005, с. 33].

Среда обитания организма - это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям [Коробкин, 2005, с. 43].

Воздействие среды воспринимается организмами посредством факторов среды, называемых экологическими. Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Одним из наиболее важных экологических факторов является температура, относящаяся к абиотических факторам  среды.  Абиотические факторы – это вся совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений [Коробкин, 2005, с. 43].

Температурный фактор характеризуется  ярко выраженными как сезонными, так и суточными колебаниями. В ряде районов Земли это действие фактора имеет важное сигнальное значение в регуляции сроков активности организмов, обеспечении их суточного и сезонного режима жизни. При характеристике температурного фактора очень важно учитывать его крайние показатели, продолжительность их действия, повторяемость.  

Значение температуры  заключается и в том, что она изменяет скорость протекания физико-химических клеточных процессов и это отражается на жизнедеятельности организма в целом. Температура влияет на анатомо-морфологические особенности организмов, ход физиологических процессов, их рост, развитие, поведение и во многих случаях определяет географическое распространение растений и животных [Степановских, 2005, с. 140].

Объектом исследования данной работы являются все живые организмы. Предмет исследования - это влияние  температурного фактора на организмы. Целью работы является исследование зависимости активности организмов от такого важнейшего экологического фактора, как температура. В соответствии с поставленной целью в данной работе решались следующие задачи:

• изучить биоклиматический закон А. Хопкинса, правило Вант-Гоффа, а также понятие биполярность;
• выяснить каков тепловой преферендум у некоторых живых организмов и установить влияние температуры на жизнедеятельность;
• определить влияние температуры на географическое распределение животных;
• выяснить влияние низких температур и установить адаптации;
• выявить влияние высоких температур и изучить адаптации;
• выяснить каковы пределы устойчивости живых организмов и изучить понятие психрофиты.

Работа представлена на 60 страницах и состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемых источников, который включает в себя 35 наименований. В работе также представлены 9 рисунков и 2 таблицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Биоклиматический  закон А.Хопкинса. Правило Вант-Гоффа.

Биполярность

Развитие живой природы  по сезонам года происходит в соответствии с биоклиматическим законом, который  носит имя Хопкинса. В 1918 году он установил, что существует закономерная, довольно тесная связь развития сроков наступления различных сезонных явлений с широтой, долготой и высотой над уровнем моря. Он подсчитал, что по мере  продвижения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов (например, начало цветения) запаздывает на четыре дня на каждые 1° широты, 5° долготы и примерно 100 метров высоты  [Радкевич, 1997, с. 37].

Так, на Европейском континенте в направлении с запада на восток весеннее развитие растительности запаздывает; кроме того, сокращается длительность весенних фенологических фаз. По отношению к лесным травянистым растениям это означает, что к востоку вегетация начинается на 1-2 месяца. Например, в Белгородской области зацветание ландыша приходится на 10 мая, в Курской области – на 15 мая, во Владимирской области – на 19 мая. Таким образом, весенняя световая фаза, столь существенная для фотосинтеза лесных растений с летней вегетацией, к востоку значительно сокращается [Шиголев, 1964, с. 57].

Также подвержена закономерным географическим изменениям и фенология стрекоз. Так, в лесотундре лёт стрекоз короткий и почти одновременный у всех видов, продолжающийся около двух месяцев: с начала июля до конца августа. В тайге общая продолжительность активности имаго немного превышает 4 месяца: с конца мая до начала октября. В лесостепи общий период лёта стрекоз составляет около 6 месяцев: с конца апреля до начала октября. В полупустыне общий период активности имаго около 7 месяцев: с начала апреля по октябрь. Таким образом, продолжительность лёта и характер сезонного развития стрекоз изменяются на разных широтах [Белышев, Борисов, 1989, с. 147].

 

 

Была изучена сезонная динамика активности и демографической  структуры популяций жужелицы Carabus nitens в лесотундре и южной тундре полуострова Канин. Установлено, что на северном краю ареала вид имеет одногодичный жизненный цикл с размножением в начале сезона и летними личинками. По сравнению с умеренной зоной в заполярье у C. nitens отмечается удлинение сроков развития от яйца до имаго [Филиппов, 2007, с. 691]. В Германии и Дании жужелицы в большом количестве встречаются с конца апреля до конца июня, когда происходит размножение. В Голландии популяции жужелиц наблюдаются в апреле, а откладка яиц в апреле-июне. В центральной Европе развитие личинок происходит в  середине лета [Филиппов, 2007, с. 693].

Температура является одним из важнейших условий среды, влияющих на жизнедеятельность организмов. Температура влияет на энергетику всех жизненных процессов. Общая закономерность воздействия температуры на живые организмы выражается действием ее на скорость обменных процессов, для которых применимо правило зависимости скорости реакции от температуры - правило Вант-Гоффа, согласно которому при повышении температуры на 10^оС скорость реакции увеличивается в 2-3 раза. Величину температурного ускорения химических реакций удобно выражать коэффициентом Q₁₀, показывающим, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10^оС:

 

                                    Q₁₀= K_t+10 / K_t,                              (1)

 

где: K_t – скорость реакции при температуре t.

Коэффициент температурного ускорения Q₁₀, для большинства химических реакций абиотического характера равный 2-3, в реакциях живых систем колеблется в довольно широких пределах даже для одних и тех же процессов, протекающих в разных диапазонах температур. Это объясняется тем, что скорость ферментативных реакций не является линейной функцией температуры. Так, у тропических растений при температуре менее 10^оС коэффициент Q₁₀ приблизительно равен 3, но существенно уменьшается при возрастании температуры выше 25-30^оС. У колорадского жука потребление кислорода в диапазоне 10-30^оС характеризуется величиной Q₁₀ = 2,46, а при температуре 20-30^оС Q₁₀ = 1,8. Зависимость метаболизма рыб и многих других водных животных от температуры выражается в изменении величины Q₁₀ от 10,9 до 2,2 в диапазоне температур от 0 до 30^оС [Шилов, 1985, с. 85-86].

Таким образом, изменчивость температуры влечет за собой соответствующие  изменения скорости обменных реакций. Скорость потребления кислорода, в  частности, при быстрых изменениях температуры следует за этими  изменениями, увеличиваясь при повышении  ее и уменьшаясь при снижении. То же относится и к другим физиологическим  функциям: частота сердцебиений, интенсивность  пищеварения и т.д. Например, частота попеременного сжатия и расширения вакуоли (то есть ее пульсация) различна у разных инфузорий при разной температуре и, в общем, подчиняется правилу Вант-Гоффа, удваиваясь или утраиваясь при каждом повышении температуры на 10°С. У растений в зависимости от температуры изменяются темпы поступления воды и питательных веществ через корни: повышение температуры до определенного предела увеличивает проницаемость протоплазмы для воды. Так, при понижении температуры от 20 до 0^оС поглощение воды корнями уменьшается на 60-70%. Как и у животных, повышение температуры вызывает усиление дыхания [Шилов, 2001, с. 71].

Дыхание занимает центральное  положение в обменных процессах  всех организмов как источник энергии, необходимый для их жизнедеятельности. И температура является тем фактором, который влияет на скорость дыхания, особенно в экстремальных условиях. Так, у вида лишайника С.stellaris, при повышении температуры от 20 до 30^оС, дыхание усиливается пропорционально повышению температуры. Коэффициент Вант-Гоффa Q₁₀ в этом промежутке составляет 2,4. Оптимум дыхательной активности наблюдался при температуре от 30 до 40^оС, после чего происходило падение активности, причем 50 %-е снижение от оптимума наступило при 47^оС.

Эколого-физиологические  исследования широкого круга высших растений показали, что для многих видов интенсивность дыхания  генетически обусловлена и изменяется только под влиянием специфических  условий произрастания. У цветковых  растений коэффициент Вант-Гофф Q₁₀ обычно равен 2-3 в интервале температур от 0 до 30^оС [Шапиро, 2007, с. 1568].  Таким, образом, можно сказать, что в различных организмах величина температурного ускорения биохимичесикх реакций (коэффициента Вант-Гофф Q₁₀) не одинакова для различных процессов. Эта закономерность нередко определяет пределы температурной устойчивости организма в целом.

Географическое распространение некоторых организмов чрезвычайно своеобразно: некоторые из них водятся лишь в умеренных частях северного и южного полушарий, минуя тропические и субтропические широты. Так, в море у берегов Новой Зеландии мы встречаем целый ряд форм, свойственных берегам Европы и отсутствующих в промежуточных теплых частях океана. Эта особенность географического распространения носит название  биполярности.

 Биполярность - тип ареала; распространение вида или другого  таксона в умеренных широтах  Северного и Южного полушарий,  при отсутствии их представителей  в субтропическом и тропическом  поясах.  Биполярность  заключается  в том, что у организмов в  высоких широтах умеренных зон (в обоих полушариях) наблюдается определенное сходство в систематическом составе и ряде биологических явлений. Биполярность отмечается и в поширотном качественном составе живых организмов. Так, тропической зоне свойственно значительное видовое разнообразие, в то время как в высоких широтах видов намного меньше [Радкевич, 1997, с. 37].

Биполярные разрывы характерны как для морских, так и наземных обитателей. Для океанических областей такой разрыв мог возникнуть в  ледниковый период, когда температуры  тропических вод понизилась настолько, что бореальные виды смогли преодолеть тропическую область и частично переселиться в Южное полушарие, особенно вдоль западных берегов  Южной Америки. Здесь и сейчас холодные течение (Калифорнийское в Северном полушарии и Перуанское в Южном) сильно сближают воды умеренных поясов обоих полушарий. Сходное распространение имеют некоторые наземные виды, например вороника (рисунок 1) [Воронов, 1987, с. 116-118].