10.9. Вплив теплових факторів на живі організми

Екологічний фактор – будь-який фактор навколишнього середовища, що здатен прямим або непрямим способом впливати на живі організми. Відсутність якогось фактора у визначений період існування може гальмувати процес відтворення (відсутність належних умов може призупинити розвиток понад і, отже, організм не розмножується) або ріст (рослини проростають тільки при визначеній сукупності факторів). Серед кліматичних факторів особливе місце займають екофактори, що мають концентрований вплив і серед інших виділяються екологами як головні кліматоутворюючі екофактори. До таких факторів належать: енергія сонця; освітленість; температура; вологість; газовий склад атмосфери; тиск.

Температура – один з найважливіших факторів, який впливає на живі організми і рослини. Цей кліматичний чинник істотно визначає швидкість біохімічних реакцій в клітках, впливаючи на більшість фізіологічних процесів від проходження нервових імпульсів до травлення. Дуже високі або дуже низькі температури згубні для організму. Висока температура руйнує біополімери, білки крові людини денатурують вже при 41-42⁰С.

Гіпертермі́я – стан, при якому температура людини вища за 37°С. Вона виникає, коли утворене в організмі тепло не встигає виходити за його межі, що призводить до перегрівання тіла. За цих умов організм максимально мобілізує механізми тепловіддачі; у людини це, головним чином, випаровування поту і меншою мірою посилення вентиляції легень. Одночасно розширюються кровоносні судини шкіри. Гіпертермія призводить до теплового удару.

Гіпотермі́я (переохолодження) – стан організму, при якому температура тіла падає нижче необхідної для підтримки нормального обміну речовин і функцій організму. У людини ця температура становить +35,0°C та нижче. Під впливом холоду, внутрішні механізми організму можуть виявитися не в змозі поповнювати втрати тепла, виникає обморожування. Швидкість обміну речовин в організмі знижується, що призводить до зменшення потреби в кисні. Ця обставина використовується в медичній практиці, коли застосовують штучну місцеву або загальну гіпотермію для лікування кровотеч, травм, при операціях на серці.

У зв'язку з сезонними змінами клімату істоти наділені властивістю аклімації – можливістю змінювати межі витривалості. Восені морозостійкість рослин поступово підвищується (накопиченням в клітках вуглеводів). Весною вона різко знижується, і в разі заморозків рослини можуть загинути. У тварин при аклімації до зими міняється шерстяний або пір'яний покрив, збільшується жировий прошарок, запасається бурий жир. У теплий час року включаються фізіологічні механізми, що захищають від перегрівую. Збільшується кількість випарів через покриви і дихальну систему. Деякі комахи, пустинні гризуни і черепахи з настанням жаркого періоду впадають в літню сплячку. Птиці і ссавці наділені механізмом терморегуляції, тому здатні переносити значні перепади температур. Комахи, плазуни, багато звірів і рослини переходять з настанням осені в стан зимового спокою. Для захисту від переохолодження кількість води в їх організмах знижується, накопичуються вуглеводи і гліцерин. Обмін речовин, частота сердечних скорочень сповільнюється. В трав'яних рослин зимують насіння, кореневі системи. Кліщі, малярійні комарі, мухи і багато метеликів зимують на стадії дорослої особини, а непарний шовкопряд і різні види тлею – на стадії яйця.

Деякі істоти здібні до анабіозу – практично повній зупинці обміну речовин. Організм повністю зневоднюється, клітки висихають, міняють форму, але їх внутрішня будова не порушується. При відновленні сприятливих умов життєдіяльність поновлюється. Мухи, коловертки і нематоди витримують тривалі пониження температури до –190⁰С. В стані анабіозу енергія витрачається гранично економно, різко підвищується стійкість організму.

Підтримка нормальної життєдіяльності в несприятливих умовах вимагає від істот великих витрат енергії. Види, що мешкають у високих широтах, найбільш пристосовані до перепадів температур. Тундрові песці переносять коливання температур від +30⁰С до –55⁰С. Тварини і рослини тропічних лісів пристосовані лише до невеликого діапазону температур, зниження температури до +5⁰С для них згубно. Окремі види бактерій і водоростей благополучно себе відчувають в гарячих джерелах за температурою до +123⁰С.

У воді завдяки її високій теплоємності вагання температури істотно менше, ніж на суші. Тому водні види менш пристосовані до перепадів температур. Діапазон пристосованості деяких видів антарктичних риб складає всього 4⁰С (від –2⁰С до +2⁰С).

У популяціях теплокровних тварин з просуванням на північ зменшуються виступаючі частини і збільшуються середні розміри тіла. Так, європейський бурий ведмідь важить 150-280 кг, а ведмеді Аляски – близько 800 кг. Річ у тому, що тепловтрати пропорційні площі поверхні тіла, їх питома величина падає із збільшенням об'єму тварини. В ластах китів і лапах птиць вени розташовані впритул до артерій. Тепло артерій передається венам і повертається в тіло, температура кінцівок і тепловтрати різко знижуються.

Співтовариства наземних організмів характеризуються широтною зональністю – зміною видів при просуванні від екватора до полюсів. Вологі тропічні ліси переходять в субтропіки і далі в листопадний ліс помірного клімату і низькорослу тундрову рослинність. Арктичні рослини – з переважанням форм, що стелються, їх листя часто підвушковидне. Завдяки такій конфігурації рослини уловлюють більше сонячного світла і максимально використовують тепло нагрітого грунту. Гірські ланцюги і басейни крупних річок сприяють проникненню теплолюбивих видів далеко на північ. Гори захищають від холодних вітрів, а водні маси служать резервуаром тепла, що підвищує середню температуру грунту і повітря. Вода володіє великою теплоємністю, вона запасає тепло і тривалий час зігріває довкілля. Створюваний мікроклімат формує цікаве поєднання видів, деколи не характерних для даного биома.