1.4.2. Температура

Температура – один из важнейших климатических факторов. Температура оказывает на живые существа не только прямое влияние, но и косвенное. Температурные условия могут изменяться под действием живых организмов, в первую очередь, растительных сообществ, которые трансформируют тепловой режим под своим пологом: нет резких колебаний температуры, как на открытых местах (в жаркую погоду прохладней, в холодную теплее).

Температурные пороги

Необратимые нарушения структур белков возникают при температуре 60 °С, однако, отдельные бактерии живут в источниках при температуре 7090 °С, а споры некоторых бактерий выдерживают до 130150 °С. В неактивном состоянии некоторые спорообразующие бактерии выдерживают до +200 °C в течение нескольких десятков минут.

Отрицательное воздействие высоких температур связано с инактивацией, а иногда даже денатурацией ферментов у организмов. Высокие температуры нарушают обмен веществ. У растений, например, дыхание осуществляется интенсивнее, чем фотосинтез, так как продукты обмена расходуются быстрее, чем образуются.

Влияние температуры зависит от относительной влажности воздуха: чем выше относительная влажность, тем ниже опасность обезвоживания.

Гибель от высоких температур зависит от продолжительности воздействия.

На определенных стадиях организмы обладают повышенной устойчивостью к высокой температуре (покоящиеся структуры, например, семена). Для многих видов оптимальной является температура 2030 0С. Нижние температурные пороги иные: диапазон температур очень велик, большинство низших животных выдерживают падение температуры до 0 0С. Насекомые переносят температуру до 45 0С (некоторые лишь до 20 0С). Некоторые тропические растения погибают при температуре немногим выше 0 0С, из-за инактивации ферментов и нарушения некоторых метаболических процессов. Гибель при отрицательных температурах происходит из-за повреждающего действия, связанного с образованием кристаллов льда, прежде всего, внутри клеток.

Растения в Якутии, мхи и лишайники в Антарктиде переносят чрезвычайно низкие температуры. Многие организмы не погибают, потому что имеют физиологические механизмы, предотвращающие образование кристаллов льда внутри клетки.

Некоторые организмы переносят зиму в виде особо устойчивых, покоящихся стадий. Например, к зиме растения приобретают холодоустойчивость (способность переносить сильные морозы), в то время как летом для них могут оказаться губительны даже слабые заморозки.

Некоторые семена и споры могут перенести в экспериментальных условиях даже температуру близкую к 273 0С.

От воздействия температуры зависит скорость и интенсивность физико-химических реакций в тканях и клетках организма.

Существуют два разных типа адаптации к температуре: пассивный и активный. Для пойкилотермных (от греч. poikilos изменчивый, меняющийся + therme теплота, жар) организмов (также называют экзотермными организмами) характерен пассивный тип адаптации; к ним относятся все классы органического мира, кроме птиц и млекопитающих. Для пойкилотермных организмов характерна неустойчивость температуры тела, так как их тепловой режим зависит от изменений температуры окружающей среды, у них, благодаря относительно низкому уровню обмена веществ, главным источником поступления тепловой энергии является внешнее тепло. Абсолютная экзотермность наблюдается только у маленьких организмов, однако, большинство организмов способны к слабой регуляции температуры тела. Активность экзотермных организмов определяется скоростью их разогрева. Иногда достаточно небольшой дозы прямого солнечного облучения, чтобы вызвать резкое повышение температуры тела (изменение температуры приводит к изменению активности: насекомые, ящерицы и многие другие животные в холодные дни становятся вялыми, малоподвижными).

Растения являются организмами прикрепленными, они должны существовать в условиях температур, характерных для мест их произрастания. Тепловой режим растений достаточно изменчив. Температура разных органов различается в зависимости от их расположения относительно падающих солнечных лучей и степени нагретости слоев воздуха. Тепло поверхности почвы и приземного слоя воздуха играет очень важную роль для арктических и высокогорных растений. Приземистость, шпалерные и подушковидные формы роста, прижатость листьев к субстрату позволяет растениям лучше использовать тепло в условиях, где его мало.

В дни с переменной облачностью надземные органы растений испытывают резкие перепады температуры. Например, у жителя дубрав – пролески сибирской, когда облака закрывают солнце, температура листьев может упасть с +(25–27)° С до +(10–15)° С, а затем, после того как появится солнце, подняться до прежнего уровня. У многих растений разница температур может быть заметна даже в пределах одного листа. Верхушка и края листьев могут быть холоднее, поэтому при ночном охлаждении в этих местах в первую очередь конденсируется роса и образуется иней.

Важная адаптация отведения избытка тепла и предотвращения ожогов – устьичная транспирация. Усиление транспирации при повышении температуры окружающей среды охлаждает растение. Однако это эффективно только в условиях достаточного водообеспечения, что редко бывает в засушливых экосистемах.

Морфологические адаптации растений направлены на предотвращение перегрева. Это происходит благодаря густой опушенности листьев, рассеивающей часть солнечных лучей, а глянцевитая поверхность, способствует их отражению.