Температура как экологический фактор

1.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Департамент образования, научно-технологической политики и
рыбохозяйственного комплекса
ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ
Кафедра «Агроэкология и лесомелиорация ландшафтов»
Дисциплина: «Экология»
Температура как экологический фактор. Толерантность видов к
температуре. Основные пути терморегуляции у животных. Гомойо- и
пойкилотермность. Эколого-географические правила адаптации
животных к изменению температуры: К.Бергмана, Д.Аллена, Р.Гессе,
А.Жордана, К.Глогера.
Выполнил: обучающийся
группы БВМобВСЭ191
Арефьева Алена Александровна
Проверил: профессор Киричкова Ирина
Владимировна
Волгоград 2022г.

2.

Содержание
• Температура как экологический фактор.
• Толерантность видов к температуре.
• Основные пути терморегуляции у животных.
• Гомойо- и пойкилотермность. Гетеротермностъ.
• Эколого-географические правила адаптации животных к изменению температуры: К.Бергмана,
Д.Аллена, Р.Гессе, А.Жордана, К.Глогера.

3.

Температура как экологический
фактор
• Температура является важнейшим экологическим
фактором.
• Влияние температуры на большинство организмов
проявляется в регулировании биохимических и
физиологических процессов жизнедеятельности.
• Диапазон переносимых температур у разных
видов сильно варьирует, но, как правило,
находится в пределах от 0 до +45 °C.

4.

Температура как экологический
фактор
• Температура местообитания связана с солнечным излучением, в ряде случаев определяется
энергией геотермальных источников.
• Тепловой эффект солнечного излучения зависит от ИК-лучей.
• Тепло распределяется по Земле в зависимости от высоты стояния Солнца над горизонтом и угла
падения солнечных лучей (поэтому тепловой режим неодинаков на разных широтах и на разной
высоте над уровнем моря).
• Температурный фактор характеризуется ярко выраженными сезонными и суточными колебаниями.

5.

6.

Температура как экологический
фактор
• Изменение температуры по мере подъема в воздушной среде, а
также погружения в водную или почвенную среду называют
температурной стратификацией.

7.

Температура как экологический
фактор
• В летний период в атмосфере возможна температурная инверсия - охлажденные слои воздуха
смещаются вниз и располагаются под теплыми слоями.

8.

Температура как экологический
фактор
Правило Ван-Гоффа
• Почти все химические реакции при повышении
температуры идут быстрее. При повышении температуры
на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной
элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза

9.

Толерантность видов к температуре
• Толерантность (от лат. — терпение) — означает выносливость вида по отношению к колебаниям
какого-либо экологического фактора, причем диапазон между экологическим минимумом и
максимумом фактора составляет предел толерантности.
• Толерантные организмы — это виды, весьма устойчивые к неблагоприятным изменениям
окружающей среды.

10.

Толерантность видов к температуре
• Закон минимума Либиха: “Если все условия окружающей среды оказываются
благоприятными для рассматриваемого организма за исключением одного, проявленного
недостаточно (значение которого приближается к экологическому минимуму), то в этом
случае это последнее условие, называемое лимитирующим фактором, приобретает
решающее значение для жизни или смерти рассматриваемого организма, а
следовательно, его присутствия или отсутствия в данной экосистеме”.

11.

Закон огран
ичивающего
(лимитирую
щего)
фактора.
Бочка
Либиха

12.

Толерантность видов к температуре
• Закон толерантности Шелфорда: Каждый организм характеризуется
экологическим минимумом и экологическим максимумом интенсивности
каждого фактора внешней среды, в пределах которых возможна
жизнедеятельность.
• Минимальное и максимальное значения этого фактора выступают в роли
ограничивающих (лимитирующих). Расстояние между двумя пессимумами
- зона толерантности.

13.

Выносливость
вида к
колебаниям
экологического
фактора

14.

Толерантность видов к температуре
Ряд положений, дополняющих закон толерантности:
1.
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного
фактора и узкий диапазон в отношении другого.
2.
Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических
факторов обычно наиболее распространены.
3.
Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то
диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических
факторов (например, если содержание азота в почве мало, то требуется больше воды
для злаков).
4.
Диапазоны толерантности к отдельным факторам и их комбинациям различны.

15.

Виды I и III - стенотермные, имеющие узкие пределы устойчивости в
области низких (I) и высоких (III) температур.
Вид I - криофильный, III - термофильный.
Вид II - эвритермный, имеющий высокие пределы устойчивости (по Ю.
Одуму, 1975)
Пределы
устойчивости
(толерантности)
организмов к
экологическим
факторам на
примере
температуры и
классификация
устойчивости
организмов

16.

Толерантность видов к температуре
• Вид с широкой амплитудой устойчивости может рассматриваться как эвритермный (от греч. эври
- широкий, разный), а два других (I и III) - как стенотермные (от греч. стенос - узкий).
• Однако вид I, адаптированный к низким температурам, является криофильным (от греч. криос холод), а III - термофильным

17.

Толерантность видов к температуре
• Стенотермные организмы (от греч. stenos — узкий и therme — тепло) — растения и животные,
приспособленные к жизни в узком интервале температур и не выносящие резких колебаний
температуры. Наиболее типичными их представителями являются обитатели экваториального
пояса, арктических и антарктических широт и глубинных слоёв морей и океанов.

18.

Толерантность видов к температуре
• Эвритермные организмы (от греч. eurys — широкий и therme — тепло) — растения и животные,
приспособленные к жизни в широком интервале температур. Из животных к ним относится
большинство представителей птиц и млекопитающих, а из растений — обитатели высоких и
умеренных широт, где чётко прослеживаются сезонные колебания температур.

19.

Толерантность видов к температуре
• Криофилы- организмы,
способные к росту и
размножению при низких
температурах, колеблющихся
от -20 °C до +10 °C.
• Термофилы - живые
организмы, способные
существовать при постоянно
высоких температурах.

20.

Основные пути терморегуляции у
животных
• Гомеостаз— совокупность механизмов,
обеспечивающих постоянство состава
внутренней среды организма.

21.

Основные пути терморегуляции у
животных
Внешний источник тепловой
энергии
• солнечная энергия, запасы тепла во
внешней среде
Внутренний источник тепловой
энергии
• тепло, продуцируемое в процессе
обмена веществ

22.

Пути и способы терморегуляции
ХИМИЧЕСКАЯ
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
ПОВЕДЕНЧЕСКАЯ
РЕГУЛЯЦИЯ
ФИЗИЧЕСКАЯ
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

23.

Пути и способы терморегуляции
• Химическая терморегуляция – рефлекторное увеличение
теплопродукции в ответ на понижение температуры среды.
• При действии холода в организме теплокровных животных
окислительные процессы не ослабевают, а усиливаются,
особенно в скелетных мышцах.
• Животные при усилении химической терморегуляции либо
нуждаются в большом количестве пищи, либо тратят много
жировых запасов, накопленных ранее.

24.

Пути и способы терморегуляции
• Физическая терморегуляция экологически выгодна, так как адаптация к холоду осуществляется
не за счет дополнительной выработки тепла, а за счет сохранения его в теле животного. Кроме
того, возможна защита от перегрева путем усиления теплоотдачи во внешнюю среду.
• Немаловажное значение для поддержания температурного баланса имеет отношение поверхности
тела к его объему, так как в конечном счете масштабы продуцирования тепла зависят от массы
животного, а теплообмен идет через его покровы.

25.

Пути и способы терморегуляции
Способы физической терморегуляции:
• рефлекторное сужение и расширение кровеносных сосудов кожи
• изменение теплоизолирующих свойств меха и перьевого покрова
• «жировой чулок»

26.

Пути и способы терморегуляции
• Поведенческие способы регуляции теплообмена для теплокровных животных не менее важны,
чем для пойкилотермных, и также чрезвычайно разнообразны – от изменения позы и поисков
укрытий до сооружения сложных нор, гнезд, осуществления ближних и дальних миграций.

27.

• Особенности строения нор и
расположения гнезд разных видов
млекопитающих (по Н. П. Наумову,
1963, И. И. Барабаш-Никифорову, Л. Н.
Формозову, 1963):
• 1– логово зайца-русака в песчаных
дюнах;
• 2 – снежная нора зайца-русака;
• 3 – летняя нора полуденной песчанки;
• 4 – нора малого суслика;
• 5 – нора выхухоли;
• 6 – хатка ондатры;
• 7 – гнезда рыжей полевки в дупле дуба;
• 8 – зимнее гнездо обыкновенной белки

28.

Пути и способы терморегуляции
• В ряде случаев гомойотермные животные используют в целях терморегуляции групповое
поведение

29.

Пути и способы терморегуляции
• Сочетание эффективных способов химической, физической и поведенческой терморегуляции при
общем высоком уровне окислительных процессов в организме позволяет гомойотермным
животным поддерживать свой тепловой баланс на фоне широких колебаний внешней
температуры.

30.

Типы
терморегуляци
и организмов

31.

Гомойо- и пойкилотермность
• Гомойотермность– это стратегия сопротивления влиянию факторов среды. Организм
гомойотермного животного всегда функционирует только в узких температурных границах.
• Пойкилотермность - это подчинение организмов ходу внешних температур.
• Переход в неактивное состояние связан с развитием механизмов толерантности к изменениям
температуры тела.

32.

Гомойо- и пойкилотермность
Преимущества пойкилотермности
• Снижение уровня обмена при действии холода экономит энергетические затраты, резко уменьшает
потребность в пище. В условиях сухого жаркого климата пойкилотермность позволяет избегать
излишних потерь воды, так как практическое отсутствие различий между температурами тела и
среды не вызывает дополнительного испарения. Высокие температуры пойкилотермные животные
переносят легче и с меньшими энергетическими затратами, чем гомойотермные, которые тратят
много энергии на удаление избытка тепла из тела.

33.

Гомойо- и пойкилотермность
• Работа механизмов терморегуляции требует больших энергетических затрат, для восполнения
которых животные нуждаются в усиленном питании, поэтому единственно возможным
состоянием животных с регулируемой температурой тела является состояние постоянной
активности.

34.

Гомойо- и пойкилотермность
Основные отличия гомойотермных животных от пойкилотермных организмов:
• 1) мощный поток внутреннего, эндогенного тепла
• 2) развитие целостной системы эффективно работающих терморегуляторных механизмов, и в
результате
• 3) постоянное протекание всех физиологических процессов в оптимальном температурном
режиме

35.

Гомойо- и
пойкилотерм
ность

36.

Гомойо- и пойкилотермность

37.

Гетеротермностъ
• Ряд животных способны к сочетанию преимуществ обеих стратегий теплообмена.

38.

Гетеротермностъ
• Гетеротермностъ– особая адаптивная стратегия среди птиц и млекопитающих, при которой
закономерно сочетается использование выгод как постоянства, так и перемены температуры тела.
• Основные формы проявления гетеротермности – способность впадать в спячку или торпидное
состояние (оцепенение).

39.

Гетеротермностъ
• Спячка – это хорошо регулируемое физиологическое состояние, при котором терморегуляторная
система организма переключается на более низкий уровень
Суслик (1) и соня-полчок (2) во время зимней спячки

40.

Гетеротермностъ
• Торпидное состояние, или оцепенелость, сопровождает зимнюю спячку животных, но возникает
и в других условиях как самостоятельная адаптация.

41.

Гетеротермия у
эндотермных
животных.
Температура
конечностей
арктических
птиц и
млекопитающих
намного ниже
температуры
центральной обл
асти тела,
равной 38°С.
(L. Irving. Adapta
tions to Cold.
Copyright)

42.

Эколого-географические правила адаптации
животных к изменению температуры
• Приспособление организма к среде обитания
называется адаптацией.
• Способность к адаптациям — одно из
основных свойств жизни на нашей планете.
Адаптации обеспечивают возможность
существования, выживания и размножения
организмов.
Маскировка насекомых

43.

В природе адаптации организмов всегда
развиваются под воздействием трех
основных факторов
ИЗМЕНЧИВОСТЬ
НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
ЕСТЕСТВЕННЫЙ
ОТБОР

44.

Правило Карла Бергмана
• «Если существует род, виды которого отличаются только величиной, тогда более мелкие виды
этого рода будут тяготеть к более теплому климату, причем в точности в соответствии с их
массой».
Карл Бергман, 1847

45.

Правило Джоэла Азафа Аллена
• Согласно правилу Аллена (1877), чем холоднее условия в ареале, тем короче конечности у
теплокровных животных и более короткое и компактное тело. Многие выступающие части тела
(конечности, хвост, уши) становятся меньше и короче, а тело массивнее, чем холоднее климат.

46.

Правило Джоэла Азафа Аллена
• «Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как
правило, более короткие выступающие части тела (уши, лапы, хвост, нос) по сравнению с
обитателями более теплых зон и областей».
Д. Аллен, 1877

47.

Правила Аллена и Бергмана
Из правил Аллена и Бергмана есть исключения:
• Не подчиняются этим закономерностям роющие млекопитающие, клювы птиц и эктотермные
организмы.
• Для пресмыкающихся правило Бергмана “работает” наоборот: размеры их в направлении
холодных областей Земли уменьшаются (сравните нильского крокодила и прыткую ящерицу
умеренной зоны).

48.

Правило Константина Глогера
• Правило Глогера или правило окраски (1833). Правило гласит, что гомойотермные виды ,
обитающие в районах с повышенной влажностью, имеют более темную пигментацию. В более
сухом климате особи имеют более светлый цвет.

49.

Правило Рудольфа Гессе
• Правило Р. Гессе или правило сердечного веса: особи популяций в северных районах обладают
относительно большей массой сердца (при ее сравнении с массой тела), чем особи популяций,
живущих в южных районах или в более теплых местообитаниях.

50.

Правило Алексиса Жордана
• Правило числа позвонков, или
правило А. Жордана, согласно
которому (у сельдей, трески и др.) в
водоемах с повышенной соленостью
и более низкими температурами в
хвостовой части тела возрастает
число позвонков.

51.

Спасибо за внимание