12 Najważniejsze skutki temperatury na organizmy żywe

Najważniejsze efekty temperatury na żywych organizmach!

Stwierdzono, że temperatura wpływa na organizmy żywe na różne sposoby, na przykład ma znaczącą rolę w komórkach, morfologię, fizjologię, zachowanie, wzrost, rozwój ontogenetyczny i dystrybucję roślin i zwierząt.

Niektóre z dobrze zbadanych wpływów temperatury na żywe organizmy są następujące:

1. Temperatura i komórka:

Minimalna i maksymalna temperatura mają śmiertelny wpływ na komórki i ich składniki. Jeśli jest zbyt zimno, białka komórkowe mogą zostać zniszczone w postaci lodowej lub w wyniku utraty wody i koncentracji elektrolitów w komórkach; białka koagulujące ciepło (Lewis i Taylor, 1967).

2. Temperatura i metabolizm:

Większość aktywności metabolicznych drobnoustrojów, roślin i zwierząt jest regulowana przez różne rodzaje enzymów, a enzymy z kolei mają wpływ na temperaturę, w wyniku czego wzrost temperatury, do pewnego poziomu, powoduje zwiększoną aktywność enzymatyczną, co powoduje wzrost szybkości metabolizmu.

Na przykład stwierdzono, że aktywność enzymu arginazowego w wątrobie na aminokwasie argininy zwiększa się stopniowo i stopniowo, przy jednoczesnym wzroście temperatury z 17 ° C do 48 ° C. Jednak stwierdzono, że wzrost temperatury powyżej 48 ° C ma niekorzystny wpływ na szybkość metaboliczną tej aktywności enzymatycznej, która szybko się hamuje.

W roślinach szybkość wchłaniania jest opóźniona w niskiej temperaturze. Fotosynteza działa w szerokim zakresie temperatur. Większość glonów wymaga niższego zakresu temperatur w fotosyntezie niż wyższe rośliny. Tempo oddychania w roślinach jednak wzrasta, wraz ze wzrostem temperatury, ale poza optymalnym limitem wysoka temperatura zmniejsza szybkość oddychania. Szybkość oddychania ulega podwojeniu (podobnie jak w przypadku zwierząt) przy wzroście o 10 ° C powyżej optymalnej temperatury, pod warunkiem, że inne czynniki są korzystne (prawo Vanta Hoffa).

Jednak optymalna temperatura dla fotosyntezy jest niższa niż dla oddychania. Kiedy temperatura spada poniżej minimalnego wzrostu, roślina staje się uśpiona, nawet jeśli oddychanie i fotosynteza mogą przebiegać powoli. Niskie temperatury dodatkowo wpływają na roślinę, wytrącając białko z liści i delikatnych gałązek oraz odwadniając tkanki.

3. Temperatura i reprodukcja:

Dojrzewanie gonad, gametogeneza i podział raków gamet odbywa się w określonej temperaturze, która zmienia się w zależności od gatunku. Na przykład, niektóre gatunki hodują równomiernie przez cały rok, niektóre tylko latem lub zimą, podczas gdy niektóre gatunki mają dwa okresy rozrodcze, jeden na wiosnę, a drugi na jesieni. Tak więc temperatura określa pory lęgowe większości organizmów.

Temperatura wpływa również na płodność zwierząt. Płodność zwierzęcia określa się jako zdolność reprodukcyjną, tj. Całkowitą liczbę młodych rodzących w czasie życia zwierzęcia. Na przykład samice owada, acridid ​​Chrotogonus trachyplerus stały się dojrzałe seksualnie w 30 ° C i 35 ° C niż w 25 ° C, a najwyższa liczba jaj na samicę została położona w temperaturze 30 ° C. Liczba jaj zmniejszyła się z 243 do 190, gdy temperatura wzrosła do 30-35 ° C (Grewal i Atwal, 1968).

Podobnie u gatunków konika polnego - Melanoplus sanguinipes i Camnula pellucida, gdy są hodowane w temperaturze 32 ° C, produkują 20-30 razy więcej jaj niż te hodowane w 22 ° C (patrz Ananthakrishan i Viswanathan, 1976). Z drugiej strony okazało się, że płodność pewnych insektów, takich jak szeliniak bawełniany (Pempherulus affinis), zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury powyżej 32, 8 ° C (A Jyar i Margabandhu, 1941).

4. Stosunek temperatury i płci:

U niektórych zwierząt temperatura otoczenia determinuje stosunek płci gatunku. Na przykład stosunek płciowy widłonoga Maerocyclops albidu jest zależny od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury następuje znaczny wzrost liczby mężczyzn. Podobnie w przypadku pcheł zarazy, Xenopsylla cheopis, samce miały przewagę liczebną samic na szczurach, w dniach, w których średnia temperatura utrzymuje się między 21-25 ° C. Ale pozycja staje się odwrotna w bardziej chłodniejsze dni.

5. Temperatura i rozwój ontogenetyczny:

Temperatura wpływa na szybkość i powodzenie rozwoju zwierząt poikilotermicznych. Ogólnie całkowity rozwój jaj i larw jest szybszy w ciepłych temperaturach. Jaja pstrąga rozwijają się czterokrotnie szybciej w temperaturze 15 ° C niż w temperaturze 5 ° C. Owad, chironomid mucha Metriocnemus hirticollis, wymaga 26 dni w 20 ° C do rozwoju pełnej generacji, 94 dni w temperaturze 10 ° C, 153 dni w temperaturze 6, 5 ° C i 243 dni w 20 ° C, (Andrewartha and Birch, 1954).

Jednak nasiona wielu roślin nie kiełkują, a jaja i poczwarki niektórych owadów nie wykluwają się ani nie rozwijają normalnie, dopóki nie zostaną schłodzone. Pstrąg potokowy najlepiej rośnie w temperaturze od 13 ° C do 16 ° C, ale jaja rozwijają się najlepiej w temperaturze 8 ° C. We wspólnym leśnym chrząszczu rozwój Pterostichus oblongopunctatus od jaja do dojrzałej chrząszcza zajmuje 82 dni w temperaturze 15 ° C, podczas gdy w 25 ° C zajmuje to tylko 46 dni. W przypadku sosnowego popołudnia wskaźnik rozwoju i śmiertelności Dendroliniuspini różnych stadiów rozwojowych zależy od temperatury.

6. Temperatura i wzrost:

Na tempo wzrostu różnych zwierząt i roślin ma również wpływ temperatura. Na przykład, pstrągi dorosłe nie karmią dużą ilością pomocy, nie rosną, dopóki woda nie będzie cieplejsza niż 10 ° C. Podobnie w ostrydze Ostraea virginica długość ciała wzrasta od 1, 4 mm do 10, 3 mm, gdy temperatura wzrasta z 10 ° C do 20 ° C. Gastropod Urosalpinx cinerea i jeżowca Echinus esculcntus wykazują maksymalną wielkość w cieplejszych wodach. Korale kwitną dobrze w tych wodach, które zawierają wodę poniżej 21 ° C.

7. Temperatura i kolorystyka:

Wielkość i ubarwienie zwierząt zależy od temperatury. W ciepłym, wilgotnym klimacie wiele zwierząt, takich jak owady, ptaki i ssaki, ma ciemniejszą pigmentację niż rasy niektórych gatunków spotykane w chłodnym i suchym klimacie. Zjawisko to znane jest jako reguła Gioger.

W żabie Hyli i rogowej ropie Phrynosoma, wiadomo, że niskie temperatury wywołują ciemnienie. Niektóre krewetki (bezkręgowce ze skorupiaków) zmieniają kolor na jasny ze wzrostem temperatury. Liczna laska Carausius stała się czarna w temperaturze 15 ° C, a brązowa w 25 ° C.

8. Temperatura i morfologia:

Temperatura wpływa również na bezwzględną wielkość zwierzęcia i względne właściwości różnych części ciała (reguła Bergmana). Ptaki i ssaki, na przykład, osiągają większy rozmiar ciała, gdy są w zimnych regionach niż w ciepłych regionach, a chłodniejsze regiony zawierają większe gatunki. Ale poikilotherms wydają się być mniejsze w chłodniejszych regionach.

Rozmiar ciała odegrał znaczącą rolę w przystosowaniu się do niskiej temperatury, ponieważ wpłynął na szybkość utraty ciepła. Według Brown i Lee (1969), większe szczury z drewna mają selektywną przewagę w zimnym klimacie, widocznie ponieważ ich stosunek powierzchni do powietrza i większa izolacja pozwalają im zachować ciepło metaboliczne. Z innych względów małe zwierzęta są preferowane na pustyniach.

Końce ssaków, takich jak ogon, ryj, uszy i kończyn dolnych, są stosunkowo krótsze w częściach zimniejszych niż w cieplejszych częściach (zasada Allena). Na przykład występuje różnica w wielkości uszu lisa arktycznego (Alopex lagopus), rudego lisa (Vulpes Vulpes) i lisa pustynnego (Megalotis zerda) (ryc. 11.17).

Ponieważ ciepło jest tracone przez powierzchnię, małe uszy lisa polarnego pomagają oszczędzać ciepło; podczas gdy duże kłosy pustynnego lisa pomagają w utracie ciepła i parowaniu. Podobnie, Gazella picticanda z Himalajów ma krótsze nogi, uszy i ogon niż Gazella benetti znaleziona na równinach Himalajów, chociaż obie mają ten sam rozmiar ciała.

Podobnie, Eskimosi mają krótsze ręce i nogi proporcjonalnie do rozmiaru pnia, który jest stosunkowo większy niż w jakiejkolwiek innej współczesnej grupie. Myszy hodowane w temperaturze od 31 ° C do 33, 5 ° C mają dłuższe ogony niż te z tego samego szczepu hodowanego w temperaturze od 15, 5 do 20 ° C. Wszystkie te przykłady rządów Allena wyraźnie pokazują adaptacyjne znaczenie krótkich kończyn w zmniejszaniu strat ciepła z ciała w zimnym klimacie.

Rasy ptaków o stosunkowo wąskich i bardziej spiczastych skrzydłach mają tendencję do występowania w regionach chłodniejszych, podczas gdy te w cieplejszym klimacie wydają się być szersze (zasada Renscha). Temperatura wpływa również na morfologię niektórych ryb i ma pewien związek z liczbą kręgów (reguła Jordona). Dorsz wylęgający Nowy Foundland w temperaturze od 4 ° do 8 ° C ma 58 kręgów, podczas gdy kresy na wschód od Nantucket w temperaturze od 10 ° do 11 ° C mają 54 kręgi.

Głowy lisa arktycznego (Alopex lagnpus), lisa czerwonego (Vulpes Vulpes) i lisa pustynnego (zerd Megalot) ukazujące gradację rozmiarów uszu i ilustrujące rząd Allena (po Clark, 1954).

9. Temperatura i cyklomorfia:

Związek między sezonowymi zmianami temperatury i postaci ciała objawia się w niezwykłym zjawisku określanym jako cyklomorfoza, którą wykazują pewne gatunki nosicieli, takie jak rozwielitki, w ciepłe miesiące lata (ryc. 1118). Te skorupiaki wykazują uderzającą zmienność wielkości hełmu lub projekcji głowy między zimowym a letnim miesiącem (Coker, 1931).

Kask rozwija się na głowie Daphnia wiosną; osiąga maksymalny rozmiar latem i znika całkowicie zimą, aby zapewnić zwykły okrągły kształt głowy. Tego rodzaju cyklomorfoza pod względem wielkości hełmu wyraźnie pokazuje korelację ze stopniem ciepła różnych pór roku.

Te przedłużenia hełmu zostały zinterpretowane jako pomocna w adaptacji flotacji, ponieważ wyporność wody zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury (hipoteza pływalności). Zgodnie z inną interpretacją (mianowicie hipotezą stabilności), kask działa jak ster i zapewnia zwierzęciu większą stabilność. Oprócz temperatury, taki strukturalny polimorfizm może być spowodowany przez inne czynniki środowiskowe, w tym pokarm.

10. Temperatura i zachowanie zwierząt:

Temperatura ogólnie wpływa na zachowanie zwierząt. W wodach umiarkowanych wpływ temperatury na zachowanie się wytapiaczy jest głęboki. Na przykład, w miesiącach zimowych w ogóle, zarówno Martesia, jak i Teredo występują w mniejszej liczbie w porównaniu z kampanulaią Bankia, której intensywność ataku jest maksymalna w miesiącach zimowych.

Ponadto, interesująca jest korzyść uzyskana przez niektóre zwierzęta z zimną krwią przez termotaksję lub orientację w kierunku źródła ciepła. Cwaniki umieszczają swoich gospodarzy ciepłej krwi przez zwrotną reakcję na ciepło ich ciał. Niektóre węże, takie jak grzechotnik, miedziane głowy i żmije w jamie ustnej, potrafią wykryć ssaki i ptaki za pomocą ciepłego ciała, które pozostaje nieco cieplejsze niż otoczenie.

Nawet w ciemności te węże uderzają w swoją ofiarę z niepokojącą dokładnością, z powodu promieniowania cieplnego pochodzącego od ofiary. Nadejście zimnej pogody w strefach umiarkowanych powoduje, że węże nawijają się i skuleni.

Cyklomorfoza w Daphnia cucullata ze względu na sezonową zmianę temperatury (po Clarke, 1954).

11. Temperatura i rozmieszczenie zwierząt:

Ponieważ optymalna temperatura dla ukończenia kilku etapów cyklu życiowego wielu organizmów zmienia się, temperatura narzuca ograniczenie rozmieszczenia gatunków. Zasadniczo zakres wielu gatunków jest ograniczony przez najniższą temperaturę krytyczną na najbardziej wrażliwym etapie cyklu życiowego, zwykle na etapie reprodukcyjnym. Chociaż homar atlantycki będzie żył w wodzie o zakresie temperatur od 0 ° do 17 ° C, będzie rozmnażał się tylko w wodzie cieplejszej niż 11 ° C.

Homar może żyć i rosnąć w zimniejszej wodzie, ale populacja hodowlana nigdy tam nie powstanie. Nie tylko temperatura wpływa na rozmnażanie w rozkładzie geograficznym, ale także temperatura wpływa na żywotność (tj. Śmiertelny wpływ temperatury), żywienie i inne aktywności biologiczne są odpowiedzialne w geograficznym rozmieszczeniu zwierząt.

Jak zauważono wcześniej w tym artykule, zwierzęta z chłodniejszych regionów geograficznych są ogólnie mniej tolerancyjne na ciepło i bardziej odporne na zimno niż zwierzęta z cieplejszych regionów; na przykład członek Aurelia, galaretka z Nowej Szkocji ginie w temperaturze wody 29-30 ° C, podczas gdy Aurelia z Florydy może tolerować temperatury do 38, 5 ° C. Zatem śmiertelna granica temperatury może regulować zakres dystrybucji Aurelii.

Ogólnie mówiąc, rozmieszczenie gatunków morskich w płytkich wodach można przypisać do czterech rodzajów strefowania. W pierwszym typie rozkład w kierunku północnym zależy od termicznych granic letalności w miesiącach zimowych, a rozkład południowy jest zależny od granic temperatury latem. W drugim typie, limity termiczne wymagane dla populacji determinują dystrybucję z północy na południe.

W trzecim typie strefowania odkładają się wymagania termiczne dotyczące ponownego zaludnienia
w lecie siedlisko polewardowe, a maksymalna temperatura określa równikowy obszar przeżycia. Ostatecznie, minimalna temperatura przetrwania określa granicę pola podbiegunowego w zimie, a temperatury ograniczające zaludnienie określają zasięg w kierunku południowym.

Bezkręgowce lądowe, szczególnie stawonogi są na ogół rozprowadzane we wszystkich środowiskach termicznych, w których znajduje się życie. Wiele stawonogów, które zaatakowały chłodniejsze obszary, ma jeden etap cyklu życia, który jest bardzo odporny na zimno, umożliwiając im przeziębienie aż do powrotu cieplejszej pogody (Salt, 1964). Ptaki i ssaki są również przystosowane do życia w prawie wszystkich środowiskach termicznych.

Rozmieszczenie płazów i gadów ogranicza się jednak do stosunkowo cieplejszego klimatu termalnego. Mock (1964) wymienił trzy czynniki, które ograniczają inwazję gadów w zimne środowiska: dzienna temperatura otoczenia musi być wystarczająco wysoka, aby umożliwić aktywność, dzienna temperatura otoczenia musi być wystarczająco wysoka i wystarczająco długa, aby umożliwić hodowlę i umożliwić dorosłym i młodym aby zdobyć pożywienie dla "zimowania" i muszą być odpowiednie miejsca do hibernacji.

12. Temperatura i wilgotność:

Różnicowe nagrzewanie atmosfery wynikające z wahań temperatury na powierzchni Ziemi generuje szereg efektów ekologicznych, w tym lokalne i handlowe wiatry i huragany oraz inne burze, ale co ważniejsze, determinuje rozkład opadów.