Adaptasi hewan terhadap kondisi kehidupan pada suhu lingkungan rendah dan tinggi. Adaptasi termal hewan

Siklus perkembangan sebagian besar hewan darat di zona beriklim sedang disesuaikan dengan keberadaan musim dingin. Saat ini mereka berada dalam kondisi tidak aktif. Pertama-tama, ini berlaku untuk serangga, yang secara numerik mendominasi fauna di semua benua. Mereka menunggu sampai musim dingin, tidak bergerak, menghentikan perkembangannya, dan sering kali kehilangan banyak air. Diapause dapat terjadi pada spesies berbeda pada tahap perkembangan berbeda - telur, larva, kepompong, dan bahkan pada tahap dewasa. Bentuk resistensi yang serupa terhadap kondisi buruk merupakan ciri sebagian besar invertebrata. Bahkan ikan dan amfibi dapat menghabiskan musim dingin tanpa bergerak, terkubur di dalam lumpur. Fenomena serupa juga terjadi di iklim tropis, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa hewan menghabiskan waktu terpanas dalam setahun dalam keadaan hidup lambat, yang biasanya bertepatan dengan kekeringan terbesar. Estivasi, atau hibernasi musim panas, tersebar luas di kalangan serangga dan ikan. Beberapa di antaranya, akibat mengeringnya habitat aslinya, terjerumus ke dalam “perangkap”. Banyak cacing tanah tropis juga memasuki estivasi pada musim kemarau. Mengeringkan tanah tidak hanya berdampak buruk bagi mereka, namun sering kali menimbulkan bencana.

Transisi ke keadaan mati suri adalah reaksi adaptif: organisme yang hampir tidak berfungsi tidak terkena efek merusak, tidak mengeluarkan energi, yang memungkinkannya bertahan hidup dalam kondisi buruk. Saat memasuki keadaan mati suri, terjadi perubahan fisiologis dan biokimia dalam tubuh secara bertahap, perlahan.

Ikan Antartika sensitif terhadap kenaikan suhu (mereka mati pada +6°C), antibeku biologis terakumulasi di jaringannya - glikoprotein, yang menurunkan titik beku air di jaringan. Sebelum musim dingin, tanaman mengakumulasi gula, AA, yang mengikat air. Viskositas protoplasma dan kandungan H2O menurun. Hal ini menyebabkan penurunan suhu dan pembekuan cairan di dalam sel.

Pada serangga, gliserol terakumulasi dalam hemolimfa dan jaringan, yang menurunkan titik hipotermia hingga -27...-39 °C. Kristalisasi dalam sel hanya dimulai pada – 60 °C.

Antibeku: gliserin, monosakarida, protein, glikogen (krioprotektor).

Dehidrasi: dehidrasi rotifer hingga – 190 °C.

Termoregulasi: dengan penurunan suhu: karena aktivitas otot (serangga terbang, ular di sekitar bertelur, pada lebah - regulasi sosial - kepakan sayap, semuanya, pada lebah soliter peningkatan konsumsi O2. Pada hewan - pernapasan cepat ; kura-kura - penguapan air liur, yang dengannya mereka membasahi permukaan kulit kepala, kaki depan, dan menyemprot ujung kaki belakang dengan air seni.

Perilaku adaptif: memilih tempat dengan iklim mikro yang paling menguntungkan dan mengubah posisi (dari tempat cerah ke tempat teduh). Kepiting, yang menunjukkan fototaksis positif, pergi ke perairan dangkal (air dipanaskan oleh matahari), dalam cuaca panas ia pergi ke kedalaman dan bersembunyi di liang. Seekor kadal mengubur dirinya di pasir.

Homeotherms adalah burung dan mamalia (berdarah panas).

Mempertahankan keteguhan internal, suhu tubuh konstan ketika suhu berubah lingkungan. Homeostasis termal melekat. Homeostasis adalah keadaan keseimbangan dinamis antara organisme dan lingkungan, di mana organisme mempertahankan sifat dan kemampuannya untuk menjalankan fungsi vital dengan latar belakang perubahan kondisi eksternal. Tingkat metabolisme yang tinggi: metabolisme harian ular adalah 32 J/kg, metabolisme marmut adalah 120 J/kg, dan kelinci adalah 180 J/kg.

Pemanasan eksternal tidak terlalu penting; mereka hidup dari panas internal yang dilepaskan selama reaksi biokimia eksotermik. Organisme endotermik. Untuk pria dengan berat badan rata-rata dan tinggi rata-rata, dibutuhkan ~8000 kJ setiap hari.

Suhu tubuh: pada burung 41°C, pada hewan pengerat 35-39°C, pada hewan berkuku 35–39°C.

Mekanisme termoregulasi:

1. Termoregulasi kimia - panasnya reaksi metabolisme. Otot hati dan rangka secara aktif menghasilkan panas. Produksi panas diatur oleh suhu lingkungan dan hormon (tiroksin meningkatkan laju reaksi metabolisme).

2. Nada termoregulasi - di bawah pengaruh impuls saraf.

Mikrokontraksi fibril – menggigil kedinginan. Pertukaran gas meningkat 300 – 400 °C. Menggosok tangan, menghentakkan kaki, dan latihan fisik meningkatkan laju metabolisme dan meningkatkan suhu tubuh.

3. Oksidasi jaringan adiposa coklat (di bawah kulit, di leher, dada). Penting untuk hewan berhibernasi setelah tidur.

4. Fisik t/r - penutup insulasi panas (bulu, rambut, lemak subkutan).

Mekanisme perpindahan panas:

Konduktivitas termal,

Konveksi,

Radiasi,

Penguapan.

Perpindahan panas tergantung pada M = moc - mbody.

1. Penguapan uap air dari permukaan tubuh, berkeringat. Meningkat dengan meningkatnya suhu lingkungan dan peningkatan suhu tubuh. Hewan berbulu menjilat tubuhnya. Penguapan uap air dari permukaan selaput lendir mulut dan saluran pernafasan bagian atas. Pernapasan dangkal yang cepat - polipnea. Anjing dalam cuaca panas menghasilkan 300-400 napas per menit, sedangkan normanya adalah 20-40 napas per menit. Burung ditandai dengan gemetar tenggorokan - gerakan osilasi pada bagian bawah leher (ventilasi saluran pernapasan).

Beragamnya tumbuhan di zona iklim yang berbeda menyebabkan munculnya rentang suhu yang berbeda-beda, termasuk yang ekstrim. Menurut hubungannya dengan suhu rendah, mereka dibagi menjadi:

• tahan dingin – Hal ini memungkinkan tanaman untuk menahan suhu rendah dan juga positif untuk jangka waktu yang lama;
• tahan beku – Kemampuan roslin untuk mentolerir suhu rendah di bawah nol;
• ketahanan musim dingin – Bangunan Roslin dapat menahan kondisi cuaca buruk tanpa membahayakan.

Menurut hubungannya dengan suhu tinggi, kekuatan ofensif wilayah dibagi menjadi:

• kehangatan hati– kebutuhan untuk menanam tanaman selama periode hangat musim tanam;
• tahan panas – Kemampuan tanaman menahan panas berlebih (masuknya suhu tinggi);
• kekeringan – Kemampuan tanaman untuk menahan periode kekeringan yang parah (kelembaban rendah di udara dan tanah serta suhu tinggi di udara dan tanah) tanpa gangguan signifikan terhadap fungsi vital.

Selama proses evolusi, tumbuhan mengalami suhu ekstrem. Ketahanan terhadap suhu rendah dan tinggi merupakan ciri spesies yang ditentukan secara genetis. Ketahanan dingin tanaman di zona mati (barley, oat, rami) bermanfaat. Tanaman tropis dan subtropis menjadi rusak dan mati pada suhu berkisar antara 0 hingga + 10 °C (kava, mentimun).

Perbedaan proses fisiologis dan fungsi sel pada suhu rendah dapat menjadi tanda diagnostik jika tanaman (spesies, varietas) memiliki ketahanan dingin yang sama. Ketahanan tanaman terhadap dingin tetap ada selama periode entogenesis. Kami sensitif terhadap suhu rendah selama masa perkembangan embrio. Misalnya jagung yang tidak lunak hingga dingin pada suhu + 18 °C berkecambah pada hari keempat, dan pada + 10 °C - hanya pada hari kedua belas. Selain itu, berbagai bagian dan organ bereaksi berbeda terhadap dingin. Jadi, bunga lebih sensitif terhadap cuaca dingin, buah dan daun lebih rendah, serta daun dan akar lebih sensitif terhadap panas.

Ketahanan dingin pada jenis tanaman tertentu yang menyukai panas dapat ditingkatkan dengan membiarkan penanaman dan bibit mengalami perubahan suhu yang tiba-tiba (rendah dan normal). Pengerasan semacam ini merangsang metabolisme kering roslin. Sebelum metode peningkatan ketahanan, perlu juga dilakukan pemisahan dari batang bawah yang lebih tahan, direndam dalam unsur mikro atau dalam amonium nitrat 0,25%. Masuknya viskositas sitoplasma ke dalam ketahanan dingin daun cemara ditunjukkan dalam percobaan oleh P. O. Shenkel dan K. O. Badanov (1956). Ketahanan dingin daun ceri berubah seiring dengan perubahan viskositas sitoplasma dengan penambahan garam. Tindakan tersebut meningkatkan produksi CaCl2, dan produksi KS1 menurunkan viskositas sitoplasma. Dalam kedua kasus tersebut, volume sel hidup ditentukan setelah pembekuan hingga – 1,5 °C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi peningkatan viskositas. sitoplasma Dengan infus garam, dinginnya tanaman berubah, dan perubahan viskositas menyebabkan peningkatan resistensi yang signifikan terhadap dingin (Gbr. 4.1).

Beras. 4.1. Infus garam kation ke dalam viskositas sitoplasma dan ketahanan daun kersen terhadap dingin

(setelah P.O. Shenkel dan K.O. Bogdanova, 1956)

Di musim dingin, suhu beku di bawah -20°C adalah kenyataan utama bagi negara-negara kaya, termasuk Ukraina. Embun beku mengalir ke tanaman satu sisi, pekarangan, dan taman, yang berarti mereka dapat menahan suhu rendah pada berbagai tahap entogenesis:

• satu kata - tampaknya ada sedikit salju atau pertumbuhan kecil (musim dingin);
• halaman dan bagatorik – pada umbi, tanaman umbi-umbian, cibulin, rimpang, pada pucuk yang tampak matang.

Kemampuan menahan embun beku merupakan tanda penurunan pertumbuhan jenis ini, namun ketahanan terhadap embun beku pada pertumbuhan di sekitarnya bergantung pada banyak faktor, pertama dan terpenting, seperti faktor yang terkena embun beku. Turunkan suhu secara terus menerus (0,5 – 1 °C per tahun) hingga area antar sel membeku. Dengan sedikit pelepasan es di saluran antar-klin, garis-garis tersebut, setelah penyamakan, mempertahankan vitalitasnya. Jadi, misalnya pada suhu –5°C hingga –6°C pada daun kubis, bagian tengahnya yang beku terdapat pada ruang antarklin. Ketika es mencair selangkah demi selangkah, jaringan interkristalin terisi air, interkliniform menjadi tanah liat, dan daun berputar pada posisi normalnya. Pada suhu yang sangat rendah, es dapat terbentuk di protoplasma. Hal ini biasanya menyebabkan kerusakan dan kematian sel. Perlu juga diingat bahwa garis atau organ ini akan rusak terlebih dahulu, jaringan tersebut dapat menampung lebih banyak air dan lebih sedikit butiran, misalnya kain dapat mentolerir suhu hingga – 196°C. konten, o memastikan daya tahan hingga embun beku yang signifikan.

Ketika tanaman direbus hingga suhu minimum, suhunya bervariasi dalam batas yang sangat signifikan. Di “kutub dingin” di Yakutia (Rusia), di mana suhu angin musim dingin turun hingga – 70 °C, di dekat modrina Daurian yang tersebar luas, yalin Siberia, pinus, birch perak, tawon, dan spesies lainnya tumbuh dengan baik dan berkembang biak di desa. Dalam agrocenosis, varietas “Sitninivske” tumbuh di musim dingin. Tutupi dengan salju, tidak akan membeku dalam cuaca beku hingga – 30 °C. Juara dalam ketahanan terhadap embun beku adalah tumbuhan tingkat rendah, banyak di antaranya tidak mati pada suhu helium langka (–269 °C).

Di antara tanaman tropis (tidak termasuk daerah dataran tinggi) terdapat bentuk mawar tahan beku setiap hari. Semua perwakilan zona hutan hujan tropis tidak tahan terhadap embun beku. Pohon cava, pohon coklat, nanas dan tanaman tropis lainnya yang tumbuh di daerah subtropis dekat Batumi (pantai Kaukasia di Laut Hitam) tidak dapat tumbuh di udara terbuka. Penyebab fenomena ini karena di zona tropis suhu udaranya tidak terlalu tinggi, bahkan bisa berfluktuasi pada tingkat yang sama.

Di daerah dataran tinggi tropis, terdapat semak belukar yang memiliki bau tahan beku yang lebih menyengat dibandingkan dengan bau yang lebih menyengat yang tumbuh di pegunungan. Di daerah tropis Amerika Barat, hingga ketinggian kurang lebih 1200 m dpl tumbuh tanaman seperti kakao, vanili, kelapa, dll. Di dataran datar di wilayah yang sama, pada ketinggian 1200 hingga 2400 m, perwakilan dari zona subtropis - buah jeruk - tumbuh lebih luas. Di atas 2400 m, pohon-pohon asli zona damai tumbuh - apel, pir, plum. Gambaran serupa terlihat. Ada juga di daerah tropis tropis lainnya di Asia, tentu saja di kepulauan Ceylon. Zonalitas vertikal memainkan peranan penting dalam ketahanan embun tropis terhadap embun beku. Karena embun tropis dapat tahan terhadap embun beku ringan, maka embun tersebut dapat disembuhkan tanpa menggunakan pengomposan , yang berarti suhu tinggi di wilayah tersebut. Puntungnya bisa berupa pohon pacar, yang tanah airnya adalah Hutan Belantara tropis Amerika. Semua spesies ini tumbuh di wilayah serupa di Cordeliers. Spesies yang tumbuh di kulit kayu, bukan kina, ditemukan di iklim hangat yang stabil hingga ketinggian 2000 m Spesies yang sama yang tumbuh hingga ketinggian 3400 m di atas permukaan laut, mereka tumbuh dari lapisan depan dengan sifat tahan banting di musim dingin dan dapat ditoleransi tanpa merusak embun beku hingga – 1 °C.

Zona subtropis dicirikan oleh amplitudo suhu angin yang lebih besar. Di beberapa daerah di mana tidak ada musim dingin, suhu pada bulan-bulan musim dingin turun satu hingga tiga derajat di bawah nol dalam waktu singkat. Zona subtropis juga mencakup pantai Laut Hitam Kaukasus, di mana suhu beku di musim dingin jarang turun hingga 10°C. Oleh karena itu, tanaman di daerah subtropis, bergantung pada berapa lama mereka tumbuh, dapat sedikit tahan beku atau bahkan tahan beku. Misalnya, teh India dan Cina asli di pantai Laut Hitam Kaukasus hanya dibudidayakan di wilayah Batumi (di wilayah aslinya). Pada saat yang sama, bentuk budaya Tiongkok kuno ini berhasil tumbuh di wilayah Sochi-Adler, di skhylae kuno Pegunungan Kaukasus (Maykop, Garyachy Klyuch), dan juga, akhirnya, di Transcarpathia.

Perhatikan bahwa di daerah tropis, di subtropis, ketahanan terhadap embun beku juga jelas menunjukkan zonalitas ketinggian. Anda bisa menggunakan pantatnya untuk melebarkan kentang (Solanum tuberosum) di Amerika Baru, yang hingga saat ini tumbuh dalam pikiran alami (pulau Goloye demi menyelamatkan Tiongkok). Tanaman subtropis ini sedikit tahan beku dan tidak tahan terhadap penurunan suhu yang parah hingga – 3.5 °C. Pada saat yang sama, di wilayah Andes, tumbuh berbagai jenis kentang yang tahan terhadap cuaca beku hingga – 8 °C. Berbagai bentuk kentang tahan beku ini tumbuh di populasi lokal pada ketinggian tepat di bawah salju abadi.

Hubungan erat antara ketahanan terhadap embun beku dan variasi geografis terlihat jelas pada vegetasi di zona segar dan beriklim sedang.Akasia putih di hutan, misalnya, merupakan spesies utama di hutan Kharkov, Poltava, dan Poltava, di wilayah Kirovograd di Ukraina. waktu, di wilayah Moskow dan Leningrad di Rusia, pertumbuhan ini lebih besar tidak menyempit, karena membeku tanpa pengeringan khusus. Beludru Amur, yang penting untuk Hari Pertemuan Jauh, tidak lagi menyempit di Siberia.

Untuk menahan periode musim dingin dan suhu rendah, tanaman tersebut menumbuhkan serangkaian tanaman. Di bagian atas tanah, cadangan zat hidup - ceri dan minyak - terakumulasi, dan di bagian bawah tanah - pati. Bau busuk tetap ada sepanjang musim dingin di alam liar. Tsukor memiliki tekanan osmotik yang lebih besar pada otot; Tindakan spesifik sitoplasma selalu melampaui koagulasi. Minyak menghilangkan air dari vakuola dan melindungi sel dari pembekuan. Mempertahankan pertumbuhan sebelum musim dingin dan suhu rendah diwujudkan dalam karakteristik numerik dari bentuk, apakah dan pengaruh fisiologis. Perubahan permukaan penguapan pada pohon dan semak musim dingin dicapai tidak hanya dengan rontoknya daun selama musim dingin, tetapi juga dengan berkembangnya struktur xeromorfik. Wujudnya adalah jepit rambut pinus, yalina, dan yalitsa.

Xeromorfisme (dari bahasa Yunani xeros – kering dan morfe – membentuk) – totalitas ciri-ciri morfologi dan anatomi yang muncul pada tumbuhan sebagai cara tumbuh hingga pikiran kering.

Melindungi sel-sel internal kulit kayu, kambium, dan kayu yang hidup dari seluruh bola kulit kayu terhadap berbagai perubahan dan suhu minimum. Misalnya, bola gabus tebal secara bertahap dibuat di atas beludru Amur. Pertumbuhan lainnya tersiram air, tahan air, kulit ditutupi kutikula tebal, bahkan sel kecil, jumbai menyebar kuat.

Kutikula – lapisan tipis tanpa struktur yang melengkungkan epidermis daun dan batang muda, terbuat dari polimer lipid yang sangat diperlukan, cutin, terbungkus dalam lilin embun baru.

Tanda morfologis yang luas dari sifat tahan banting tanaman yang sedang tumbuh di musim dingin adalah licinnya batang dan daun di permukaan tanah, sehingga pecahannya lebih mungkin terlindung dari angin dan embun beku oleh lapisan salju. Puntungnya bisa berupa batu tulis pinus, yang menjulang beberapa meter di atas permukaan tanah, dan anak tangganya ditarik maju mundur. Pertumbuhan serupa bahkan lebih luas pada Malam Ekstrim dan alga tinggi.Karakteristik pertumbuhan padi di Pamir, selain perawakannya yang rendah dan ramping, juga menumbuhkan sejumlah besar padang rumput di bawah tanah.Ini adalah fenomena Pepohonan tumbuh lebih luas dan tidak hanya untuk wilayah tertentu - hal ini terlihat jelas di semua kecambah rimpang untuk menahan musim dingin. Mari kita lihat pantatnya dan berfungsi sebagai subkumulus Vidomy pyria. Posisi simpul semak dan leher akar mungkin penting untuk ketahanan kecambah di musim dingin. Di rerumputan, tukang kebun yang enak (rumput musim dingin, bit) di sungai pertama di Daun bertunas dari simpul semak dan kerah akar, sehingga diperpendek jaraknya dengan brunka yang tetap berada di dekat tanah.

Roslin yang menahan musim dingin dengan daun hijau cenderung menggulung, hal ini disebabkan oleh kekhasan membran jaringan (misalnya, rhododendron Manchuria). Dalam hal ini, luas penguapan berubah, dan pola tertentu juga tercipta. rezim suhu di tengah daun yang melengkung. dengan kuncup bunga dan bunga dengan bunga terbuka - ini adalah sekelompok besar tetesan salju. Dengan tindakan pencegahan tertentu, di dekat Peterhof (Rusia) violet musim dingin, violet hibrida, kamomil ucha, kulbaba. Tumbuh di bawah salju sepanjang musim dingin kita melihat anemon, bintang, tumbuh, Untuk beberapa tanaman yang sedang tumbuh, mereka perlu melewati tahap pemasukan suhu rendah agar pembungaan dan pembuahan berhasil. Vernalisasi adalah proses menginduksi proses pembuahan dengan cara dingin.

Kemampuan menahan suhu tinggi juga sangat penting ketika tumbuh dalam pikiran Dovkill. Tiga kelompok tumbuhan dan prokariota bertanggung jawab atas ketahanan panas:

• tahan panas - ganggang biru-hijau termofilik dan bakteri air mineral panas yang mampu menahan suhu hingga + 75 – + 100 °C. Organisme ini memiliki tingkat metabolisme yang tinggi, pergerakan RNA di dalam sel, stabilitas protein dalam sitoplasma sebelum koagulasi;
• menggoreng - tanaman gurun dan tempat pertumbuhan kering (sukulen, kaktus, perwakilan keluarga tovstiankovyh), yang panasnya mencapai +50 – +65 °C. Ketahanan panas sukulen disebabkan oleh tingginya viskositas sitoplasma dan kandungan air sel, penurunan tingkat pergantian zat kemoterapi;
• tidak tahan panas – pertumbuhan mesofit dan akuatik. Mesofit di area pertumbuhan terbuka dapat menahan suhu tinggi yang luar biasa hingga + 40 – + 47 °C, dan tanaman air – hingga + 40 – + 42 °C.

Selama filogeni, tanaman yang disimpan dalam air panas hingga dilahirkan mengalami kondisi kering akibat panas berlebih:

• perubahan pada permukaan pertumbuhan;
• daun dan batang puber padat:
• perkembangan permukaan daun yang mengkilap;
• peningkatan intensitas transpirasi;
• munculnya tanaman merambat yang halus;
• penampakan garam kristal yang akan menghancurkan tikus;
• akumulasi asam organik, yang membentuk amonia dan terkelupas;
• rotasi daun secara vertikal dan meridian. Kesulitan mengalami periode yang sangat panas dan kering

kekuatan terintegrasi Roslins, menyatukan mereka menjadi sebuah kelompok xerofit(Kelompok ini akan dibahas lebih rinci pada bagian “Vologisme sebagai faktor lingkungan”). Dalam hal ini, kemampuan bertahan hidup pada suhu tinggi akan lebih besar dibandingkan dengan pengeringan protoplasma. Untuk kepentingan siapa lagu-lagu itu diciptakan:

• hemixerofit sistem perakaran tahan kekeringan yang mencapai air tanah, proses transpirasi dan pertukaran sungai yang intensif, tidak menimbulkan bau busuk hujan kering;
• euxerofit melebur ke dalam sitoplasma, meningkatkan metabolisme, dan lebih tahan terhadap musim dingin dan panas berlebih;
• poikiloxerophytis Selama musim dingin, proses metabolisme melambat dan berubah menjadi mati suri.

Anabiosis (dari bahasa Yunani anabiosis – berubah menjadi kehidupan) – keadaan organisme, di mana proses kehidupan terus diperbarui, atau begitu intensif sehingga menjadi manifestasi kehidupan yang nyata dan nyata.

Perubahan permukaan transpirasi dapat dicapai secara efektif melalui pelepasan sebagian atau seluruh daun. Ini adalah reaksi khas berbagai desa di daerah kering terhadap lahan kering. Apabila menggunakan air, gunakanlah 1/300 – 1/3000 bagian saja dengan cara diuapkan menggunakan daun dengan bekal air secukupnya. Cangkir teh juga bisa menggugurkan daunnya jika perlu. Dengan cara ini, pada berbagai spesies, permukaan transpirasi berubah 3 hingga 5 kali. Beberapa spesies cenderung menggulung dan mengerutkan daun, yang juga menyebabkan penurunan intensitas transpirasi. Misalnya, di Kovili - sebesar 60%.

Pertumbuhan akar yang cepat ke dalam tanah yang dalam atau melalui celah-celah di tanah berbatu akan memungkinkan akar menembus cakrawala, yang juga akan membalas dendam pada tanaman merambat, dan untuk pertumbuhannya tanaman akan tersapu dalam waktu lama di tempat yang kering. pikiran. Tanaman muda di desa-desa spesies yang tumbuh dari tanah mengembangkan akar tunggang di daerah kering, yang umurnya melebihi umur tanaman merambat sebanyak 10 kali lipat. Tanaman serealia di tanah seperti itu menciptakan sistem akar padat yang sangat mirip, dan akarnya yang seperti benang menembus hingga kedalaman satu meter.Hubungan antara massa batang kayu dan massa akar lebih banyak bercampur dengan kulit akar, yang mana di Hanya dalam pikiran yang kering pohon tumbuh.

Di tanah dataran rendah, jika tidak tersedia cukup ruang untuk perkembangan sistem perakaran, keadaan menjadi kritis. Di tanah dataran rendah, kekeringan menjadi masalah terutama bagi tanaman dengan sistem perakaran yang luas (khususnya, desa). Phytocenosis alami di desa-desa di wilayah tersebut dapat menyebabkan penghalusan, dan pembentukan tegakan pohon yang lebat dapat menyebabkan penipisan tanaman secara bertahap dan kematiannya. Fenomena ini harus dilindungi ketika melakukan lansekap dan pembuatan hutan tanaman kering.

Di tengah hutan kering bisa Anda lihat sukulen – tanaman kaya dengan daun yang segar dan berdaging (agave, aloe) dan batang (kaktus, milkweed). Mereka memiliki kekuatan untuk mengakumulasi air dalam parenkim akuifer khusus. Succulents tumbuh, peringkat utama, di gurun Tengah, P Modern dan Modern Amerika dan Afrika Modern Di Ukraina, dalam flora alami, sukulen praktis tidak tumbuh bersama, kecuali perwakilan tanah air dengan daun tebal dan tanaman dalam ruangan, kutikula tebal, sedikit napas, dan ciri-ciri lainnya.

Kami terutama akan fokus pada pikiran kering yang disebabkan oleh suhu tinggi dan bentuk therophytic.

Therofit (tipe kenari thcros - musim panas) - bentuk pertumbuhan hidup yang mengalami masa nasib yang tidak menyenangkan di masa sekarang.

Sebelum therophytes, penting untuk memperhatikan tumbuhan sungai yang sama di rute Mediterania, karakteristik gurun, di gurun, stepa Pivnichnaya povkuli yang banjir. Aplikasi semacam itu dapat berhasil digunakan untuk bertahan pada suhu musim dingin yang rendah.

Beberapa bakteri, cyanobacteria dan lumut kerak, serta jenis pakis dan lumut, dan beberapa jenis tanaman berbunga selama berbulan-bulan dan ada bahaya jika disimpan di lingkungan yang kering berangin, dan tidak Untuk mendapatkan air, Anda dapat memperbaharui penghidupan Anda. Jadi, mati suri adalah keterikatan yang lebih universal pada pikiran yang bermusuhan, yang diciptakan dalam proses evolusi. Ini bukan hanya reaksi terhadap

kepanasan dan dehidrasi, dan juga pikiran tidak menyenangkan lainnya.

Dengan paparan suhu tinggi secara terus-menerus, hal ini dilakukan selama periode kering pada tahap awal siklus pengembangan, atau di relung ekologi yang sensitif terhadap waktu dan terlindung dari panas berlebih. Pada fase pertama, kita berbicara tentang fakta bahwa sebagian besar tanaman dapat mentolerir suhu tinggi dalam keadaan mati suri atau terofit. Misalnya, desa-desa di stepa dan gurun sedang mengalami masa panas saat ini. Pada jenis pertumbuhan lain, pada periode suhu tinggi, terjadi pertumbuhan organ bawah tanah (rimpang, umbi, cibulin, dll). Di depannya terlihat ephemeroid (spring stonefly, turnip ovoid) dan ephemeroid (tulip, crocus, umbi tipis) dan suhu tinggi.

Tumbuhan mengatur suhunya dengan menghilangkan energi yang terkubur, sehingga menghindari panas berlebih dan kematian. Mekanisme utama termoregulasi pada tumbuhan adalah:

• promosi ulang;
• viparovanya;
• konveksi.

Energi yang hilang dari radiasi sekunder menyumbang sekitar setengah dari seluruh energi yang diserap. Signifikansi fisiologis independen dari transpirasi terletak pada kenyataan bahwa penguapan selalu mendinginkan tubuh tanaman, sebagai akibat dari interaksi daun tanaman dengan udara keluar (konveksi) juga diperlukan pengaturan diri. kondisi suhu Roslin.

Ale pristosuvalne vlastistvo roslin obezheni. Suhu yang terlalu tinggi atau rendah dapat menyebabkan terganggunya proses metabolisme pada sel dan jaringan manusia. Selain itu, gangguan signifikan terhadap fungsi fisiologis yang terkait dengan gangguan metabolisme asam nukleat dan protein dapat dihindari. Pada jenis tanaman tertentu, peningkatan pemecahan protein dan akumulasi dalam jaringan berbagai bentuk nitrogen dapat dihindari. Misalnya, kematian tanaman karena suhu tinggi dapat disebabkan oleh akumulasi amonia, sebagai produk pemecahan akhir asam amino. Pada suhu di atas + 50 ° C, denaturasi protein oleh sitoplasma dimulai. Pada suhu rendah, berbagai perubahan fisiologis dan biokimia juga diamati pada tanaman. rusaknya tanaman karena kedinginan disertai dengan hilangnya turgor, perubahan warna daun organ transpirasi Pada suhu rendah pada tanaman termofilik, penyebab utama kerusakan adalah terganggunya aktivitas fungsional membran yang disebabkan oleh transisi lipid bishar dari bentuk kristal menjadi gel dan menyebabkan perubahan metabolisme yang drastis: proses penguraian mendominasi proses sintesis, berpindah ke “viskositas sitoplasma.” Yang sangat berbahaya adalah terganggunya transportasi air.

Dengan cara ini, alam, yang tidak memperhatikan jumlah tanaman, mewaspadai suhu tinggi dan rendah yang ekstrem, dan dirinya sendiri:

• hangusnya leher akar - matinya kambium di tempat pucuk terhanyut dari tanah;
• opk kulit stovbur - kambium sekarat dengan keringanan cepat dari sisi kiri, akibatnya kulit kayu mulai mati;
• daun opik – terjebak di musim panas di garis lintang yang segar;
• pengeringan pertumbuhan di bawah pengaruh suhu dan kelembapan yang sangat tinggi;
• vytiskavaniya iz ɑgtur pada tanah liat yang diaduk kembali;
• pembekuan bunga, tanaman, daun dan tanaman merambat;
• pembekuan tanaman akibat suhu rendah dengan latar belakang musim dingin tanpa salju;
• retakan beku pada kayu dan kayu.

Pencairan panas pada bagian sekitar tanaman adalah hasil proses hipnosis langsung. Optik termal sering kali rusak ketika pertumbuhannya tumbuh di tanah tertutup, jika garis putus pada titik-titik air pada seprai, atau pada lensa. Suhu tinggi menyebabkan denaturasi protein pada sel tumbuhan. Ini adalah nama berkas campak musim semi, ketika tanaman muda memiliki kambium, yang mulai berkembang di bawah masuknya panas matahari, dan mati karena embun beku malam hari. Fenomena ini disertai dengan pilek, kematian, dan campak.

Mengeringnya tanaman adalah akibat langsung dari limbah kritis dan kekurangan air. Kekeringan dapat bersifat atmosferik, terestrial, atau fisiologis. Pada musim gugur pertama dipengaruhi oleh tanah kering, angin kering.Tanah kering terjadi ketika tanah dikeringkan, akibatnya pasokan air ke akar tanaman meningkat atau terserap seluruhnya.Penyebabnya fisiologis. Kekeringan berarti bahwa tanaman tidak dapat menyediakan air untuk dirinya sendiri, misalnya ketika sistem akar rusak. Yang paling tidak aman bagi tanaman adalah peningkatan kekeringan di atmosfer dan tanah. Masuknya kekeringan yang negatif akan meningkat ketika suhu tinggi terjadi pada malam hari. Ini akan membuat tanaman cepat kering.

Di bawah pertumbuhan yang menonjol, bagian bawah tanahnya menjadi gundul dan tumbuh, sebagai akibat dari pembekuan dan pencairan tanah secara berkala. Pada titik ini, pohon-pohon bisu tumbuh di dalam tanah, mencabut akar-akarnya. Penyebab utama fenomena ini adalah peningkatan volume tanah terkait dengan pembekuan air di kawasan baru. Dengan cara ini, fenomena seperti itu dapat dicegah agar tidak tumbuh dalam pikiran yang terlalu banyak diberi pupuk, atau dalam kasus tanah yang banyak diberi pupuk, dengan membuang sampah sembarangan dan menyiram.

Kompres es mengeras selama periode perubahan embun beku. Es terbentuk pada kain, yang menyebabkan kerusakan atau terganggunya proses fisiologis. Namun, karena semua penyebab kematian tanaman pada suhu rendah, perhatian khusus diberikan pada waktu penurunan suhu. Protoplasma sel sangat tahan terhadap suhu rendah, atau bahkan ketika terjadi penurunan bertahap. Pada saat yang sama, kulit bisa membungkuk dalam cuaca dingin yang ringan atau bahkan tajam. Di daerah beriklim sedang dan hujan, serta di daerah dataran tinggi, tanaman sering terancam oleh embun beku di awal musim gugur atau akhir musim semi. Tanaman yang menyukai kehangatan sering kali rusak karena aklimatisasi. untuk menenangkan pikiran yang paling liar. di musim gugur - buah-buahan.

Ketika suhu angin turun tajam di bawah titik beku, batang pohon terkadang retak, baik secara vertikal, melintang, atau tidak rata. Ini adalah hasil dari pendinginan yang cepat dan, terkait dengannya, pencegahan campak dan bagian luar pohon, sehingga bagian dalam pohon menghemat suhu.Spesies yang paling sensitif dapat dilihat - beech, oak, pea, "Bahasanya, jelas, kastanye.

Kematian tanaman yang sedang tumbuh karena suhu rendah tidak selalu dikaitkan dengan embun beku. Banyak tanaman mati atau sakit pada suhu di atas 0 °C. Yang paling sensitif terhadap suhu rendah adalah ganggang biru-hijau termofilik dari air panas dan bakteri yang hidup pada suhu +70 – +80 °C. Suhu ruangan normal untuk termofil tersebut sangat rendah dan baunya hilang. Mereka sangat sensitif terhadap dingin dari zona tropis, serta tanaman yang menyukai panas, seperti yang berasal dari wilayah barat, misalnya ada thyme, mentimun, kvass, nasi, dan butternut squash. Penerus rantai tersebut dikaitkan dengan terganggunya keseimbangan air dan pertukaran cairan di dalam sel, serta dengan perubahan suhu tertentu.Pencucian adalah kematian, misalnya, tanaman musim dingin di bawah salju, yang dikaitkan dengan perkembangan salju di atasnya – jamur bunga. Di bawah bola salju ini terdapat suhu yang lebih tinggi, suhu yang lebih rendah. Oleh karena itu, pada musim semi, ketika tanah tidak membeku, pertumbuhan meningkat dan hilangnya aliran kehidupan terjadi. Akibatnya tanaman melemah dan terserang jamur.

Dengan demikian, masuknya suhu ekstrim meningkatkan perkembangan beragam karakteristik tanaman pada tanaman. Ketika suhu berubah melebihi normal, reaksi tersebut dapat menyebabkan kematian bagian disekitarnya dan bahkan seluruh organisme tanaman.

Batas suhu bagi keberadaan spesies. Cara adaptasi mereka terhadap fluktuasi suhu.

Suhu mencerminkan kecepatan kinetik rata-rata atom dan molekul dalam suatu sistem. Suhu organisme dan, akibatnya, kecepatan semuanya reaksi kimia komponen metabolisme.

Oleh karena itu, batas-batas keberadaan kehidupan adalah suhu di mana struktur normal dan fungsi protein dimungkinkan, rata-rata dari 0 hingga +50°C. Namun, sejumlah organisme memiliki sistem enzim khusus dan beradaptasi untuk hidup aktif pada suhu tubuh di luar batas tersebut.

Spesies yang lebih menyukai dingin diklasifikasikan sebagai kelompok ekologi cryophiles. Mereka dapat tetap aktif pada suhu sel hingga -8...-10°C, ketika cairan tubuh mereka berada dalam keadaan sangat dingin. Cryophilia adalah karakteristik perwakilan berbagai kelompok organisme darat: bakteri, jamur, lumut, lumut, artropoda, dan makhluk lain yang hidup dalam kondisi suhu rendah: di tundra, gurun Arktik dan Antartika, pegunungan tinggi, laut dingin, dll. Spesies, optimal aktivitas kehidupan yang terbatas pada wilayah bersuhu tinggi, termasuk dalam kelompok termofil. Termofilia merupakan ciri dari banyak kelompok mikroorganisme dan hewan, seperti nematoda, larva serangga, tungau dan organisme lain yang ditemukan di permukaan tanah di daerah kering, dalam penguraian residu organik selama pemanasan sendiri, dll.

Batasan suhu bagi keberadaan kehidupan diperluas secara signifikan jika kita memperhitungkan daya tahan banyak spesies dalam keadaan laten. Spora beberapa bakteri dapat menahan pemanasan hingga +180°C selama beberapa menit. Dalam kondisi percobaan laboratorium, benih, serbuk sari dan spora tanaman, nematoda, rotifera, kista protozoa dan sejumlah organisme lainnya, setelah dehidrasi, bertahan pada suhu mendekati nol mutlak (hingga -271,16°C), kemudian kembali ke kehidupan aktif. Dalam hal ini, sitoplasma menjadi lebih keras daripada granit, semua molekul berada dalam keadaan hampir istirahat total dan tidak ada reaksi yang mungkin terjadi. Penghentian semua proses vital tubuh disebut mati suri. Dari keadaan mati suri, makhluk hidup dapat kembali beraktivitas normal hanya jika struktur makromolekul dalam selnya tidak terganggu.

Masalah lingkungan yang signifikan adalah ketidakstabilan dan variabilitas suhu lingkungan sekitar organisme. Perubahan suhu juga menyebabkan perubahan spesifisitas stereokimia makromolekul: struktur protein tersier dan kuaterner, struktur asam nukleat, organisasi membran dan struktur sel lainnya.

Peningkatan suhu akan meningkatkan jumlah molekul yang memiliki energi aktivasi. Koefisien yang menunjukkan berapa kali laju reaksi berubah ketika suhu berubah sebesar 10 °C disebut Q10. Untuk sebagian besar reaksi kimia, nilai koefisien ini adalah 2-3 (hukum van't Hoff). Penurunan suhu yang drastis menimbulkan bahaya perlambatan metabolisme sehingga tidak mungkin menjalankan fungsi dasar kehidupan. Peningkatan metabolisme yang berlebihan ketika suhu naik juga dapat melumpuhkan tubuh jauh sebelum enzim dihancurkan secara termal, karena kebutuhan makanan dan oksigen meningkat tajam, yang tidak selalu dapat dipenuhi.

Karena nilai Kyu berbeda untuk reaksi biokimia yang berbeda, perubahan suhu dapat sangat mengganggu keseimbangan metabolisme jika laju proses terkait berubah secara berbeda.

Dalam perjalanan evolusi, organisme hidup telah mengembangkan berbagai adaptasi yang memungkinkan mereka mengatur metabolisme ketika suhu lingkungan berubah. Hal ini dicapai dengan dua cara: 1) berbagai perubahan biokimia dan fisiologis (perubahan himpunan, konsentrasi dan aktivitas enzim, dehidrasi, penurunan titik beku larutan tubuh, dll.); 2) menjaga suhu tubuh pada tingkat yang lebih stabil daripada suhu lingkungan, yang memungkinkan untuk tidak terlalu mengganggu jalannya reaksi biokimia.

Sumber pembangkitan panas dalam sel adalah dua proses eksotermik: reaksi oksidatif dan pemecahan ATP. Energi yang dilepaskan selama proses kedua, seperti diketahui, digunakan untuk menjalankan semua fungsi kerja sel, dan energi oksidasi digunakan untuk reduksi ATP. Namun dalam kedua kasus tersebut, sebagian energi, menurut hukum kedua termodinamika, hilang dalam bentuk panas. Panas yang dihasilkan oleh organisme hidup sebagai produk sampingan dari reaksi biokimia dapat menjadi sumber peningkatan suhu tubuh yang signifikan.

Namun, sebagian besar spesies tidak memiliki tingkat metabolisme yang cukup tinggi dan tidak memiliki perangkat yang memungkinkan mereka menahan panas yang dihasilkan. Kehidupan dan aktivitas mereka terutama bergantung pada panas yang datang dari luar, dan suhu tubuh mereka bergantung pada suhu eksternal. Organisme yang demikian disebut poikilotermik. Poikilotermi merupakan karakteristik semua mikroorganisme, tumbuhan, hewan invertebrata, dan sebagian besar chordata.

Homeotermik hewan mampu mempertahankan konstan suhu optimal tubuh terlepas dari suhu lingkungan.

Homeotermi hanya merupakan karakteristik perwakilan dari dua kelas vertebrata tertinggi - burung dan mamalia. Kasus khusus homeotermi - hegerotermi - adalah karakteristik hewan yang berhibernasi atau mati suri selama periode yang tidak menguntungkan dalam setahun. Dalam keadaan aktif, mereka mempertahankan suhu tubuh yang tinggi, dan dalam keadaan tidak aktif, mereka mempertahankan suhu rendah, yang disertai dengan perlambatan metabolisme. Ini adalah pedagang kaki lima, marmut, landak, kelelawar, tikus, burung walet, burung kolibri, dll. Spesies yang berbeda memiliki mekanisme berbeda yang memastikan keseimbangan termal dan pengaturan suhu. Mereka bergantung pada tingkat evolusi organisasi kelompok dan gaya hidup spesies.

Suhu efektif untuk perkembangan organisme poikilotermik. Ketergantungan laju pertumbuhan dan perkembangan pada suhu eksternal tumbuhan dan hewan poikilotermik memungkinkan untuk menghitung kecepatan siklus hidup mereka dalam kondisi tertentu. Setelah penekanan dingin, metabolisme normal dipulihkan untuk setiap spesiesprksuhu tertentu, yang disebutambang batas suhu untuk pengembangan. Semakin tinggi suhu lingkungan melebihi ambang batas, semakin intensif perkembangannya dan, oleh karena itu, semakin cepat selesainya tahapan individu dan seluruh siklus hidup organisme.

Oleh karena itu, untuk melaksanakan program pengembangan genetik, organisme poikilotermik perlu menerima sejumlah panas dari luar. Panas ini diukur dengan jumlah suhu efektif. Di bawahsuhu efektif memahami perbedaan antara suhu lingkungan dan ambang batas suhu untuk perkembangan organisme. Untuk setiap spesies, ada batasan atas, karena suhu yang terlalu tinggi tidak lagi merangsang, tetapi menghambat perkembangan.

Ambang batas perkembangan dan jumlah suhu efektif berbeda untuk setiap spesies. Mereka bergantung pada kemampuan beradaptasi historis spesies terhadap kondisi kehidupan. Untuk bibit tanaman iklim sedang, misalnya kacang polong, semanggi, ambang perkembangannya rendah: perkecambahannya dimulai pada suhu tanah dari 0 hingga +1 ° C; tanaman yang lebih selatan - jagung dan millet - mulai berkecambah hanya pada +8 ... + 10 ° C, dan benih kurma perlu menghangatkan tanah hingga + 30 ° C untuk memulai pengembangan.

Jumlah suhu efektif dihitung menggunakan rumus:

Di mana X- jumlah suhu efektif, G - suhu lingkungan, DENGAN- suhu ambang batas pengembangan dan T- jumlah jam atau hari dengan suhu melebihi ambang batas pengembangan.

Mengetahui perjalanan suhu rata-rata di wilayah mana pun, kita dapat menghitung kemunculan fase tertentu atau jumlah kemungkinan generasi spesies yang kita minati. Jadi, dalam kondisi iklim Ukraina Utara, hanya satu generasi kupu-kupu ngengat codling yang dapat berkembang biak, dan di Ukraina selatan - hingga tiga generasi, yang harus diperhitungkan ketika mengembangkan langkah-langkah untuk melindungi kebun dari hama. Waktu pembungaan tanaman tergantung pada periode di mana mereka mengumpulkan jumlah suhu yang dibutuhkan. Untuk pembungaan coltsfoot di dekat Leningrad, misalnya, jumlah suhu efektif adalah 77, coklat kemerah-merahan - 453, stroberi - 500, dan akasia kuning -700 °C.

Jumlah suhu efektif yang diperlukan untuk menyelesaikan siklus hidup seringkali membatasi distribusi geografis spesies. Misalnya, batas utara vegetasi pohon kira-kira bertepatan dengan isoterm bulan Juli + 10... + 12°С. Di sebelah utara tidak ada lagi cukup panas untuk tumbuhnya pepohonan dan kawasan hutan digantikan oleh tundra tanpa pohon.

Perhitungan suhu efektif diperlukan dalam praktik pertanian dan kehutanan, dalam pengendalian hama, pengenalan spesies baru, dan lain-lain. Perhitungan tersebut memberikan dasar perkiraan pertama. untuk membuat perkiraan. Namun, banyak faktor lain yang mempengaruhi distribusi dan perkembangan organisme, sehingga pada kenyataannya hubungan suhu lebih kompleks.

Fluktuasi suhu yang sangat beragam merupakan ciri khas lingkungan terestrial. Di sebagian besar wilayah daratan, kisaran suhu harian dan tahunan mencapai puluhan derajat. Bahkan di daerah tropis lembab, dimana suhu rata-rata bulanan bervariasi sepanjang tahun tidak lebih dari 1-2°C, perbedaan suhu harian jauh lebih tinggi. Di Cekungan Kongo suhu rata-rata 10-12°С (maksimum +36, minimum +18С). Perubahan suhu udara sangat signifikan terutama di wilayah benua subkutub dan gurun. Di sekitar Yakutsk, suhu rata-rata bulan Januari adalah -43°C, suhu rata-rata bulan Juli adalah +19°C, dan kisaran tahunan adalah dari -64 hingga +35°C, yakni sekitar 100°C. Kisaran suhu udara musiman di gurun Asia Tengah adalah 68-77 °C, dan kisaran harian 25-38 °C. Fluktuasi ini bahkan lebih signifikan terjadi pada permukaan tanah.

Ketahanan terhadap perubahan suhu lingkungan pada penghuni darat sangat berbeda-beda, tergantung pada habitat spesifik tempat hidupnya. Namun, secara umum, organisme terestrial jauh lebih eurythermic dibandingkan organisme akuatik.

Adaptasi suhu tumbuhan darat. Tumbuhan, sebagai organisme yang tidak bergerak, harus hidup di bawah rezim termal yang diciptakan di tempat mereka tumbuh. Tumbuhan tingkat tinggi di zona cukup dingin dan cukup hangat bersifat eurytermal. Dalam keadaan aktif, mereka mentolerir fluktuasi suhu yang mencapai 60 °C. Jika kita memperhitungkan keadaan laten, maka amplitudo ini dapat meningkat hingga 90 °C atau lebih. Misalnya, larch Daurian tumbuh di dekat Verkhoyansk dan Oymyakon salju musim dingin hingga -70 °C. Tumbuhan hutan hujan tropis bersifat stenotermik. Mereka tidak dapat mentolerir penurunan suhu dan bahkan suhu positif +5...+8°C dapat merusak mereka. Yang lebih stenotermik adalah beberapa ganggang hijau kriofilik dan diatom di es kutub dan padang salju pegunungan tinggi, yang hanya hidup pada suhu sekitar 0°C.

Rezim termal tanaman sangat bervariasi. Cara utama adaptasi terhadap perubahan suhu lingkungan pada tumbuhan adalah perubahan biokimia, fisiologis dan beberapa morfologi. Tumbuhan mempunyai kemampuan yang sangat buruk dalam mengatur suhunya sendiri. Panas yang dihasilkan dalam proses metabolisme, akibat limbah transpirasi, permukaan radiasi yang besar, dan mekanisme pengaturan yang tidak sempurna, dengan cepat dilepaskan ke lingkungan. Pentingnya utama dalam kehidupan tanaman adalah panas yang diterima dari luar. Namun, kebetulan suhu tubuh tanaman dan lingkungan harus dianggap sebagai pengecualian daripada aturan, karena perbedaan dalam tingkat penerimaan dan pelepasan panas.

Suhu tanaman akibat pemanasan sinar matahari mungkin lebih tinggi dari suhu udara dan tanah di sekitarnya. Kadang-kadang perbedaan ini mencapai 24 °C, misalnya kaktus berbentuk bantal Tephrocactus floccosus, tumbuh di Andes Peru pada ketinggian sekitar 4000 m.Dengan transpirasi yang kuat, suhu tanaman menjadi lebih rendah dari suhu udara. Transpirasi melalui stomata adalah proses yang diatur oleh tumbuhan. Ketika suhu udara meningkat, suhu akan meningkat jika jumlah air yang dibutuhkan dapat dengan cepat disuplai ke daun. Hal ini menyelamatkan tanaman dari panas berlebih, menurunkan suhu sebesar 4-6, dan terkadang 10-15 °C.

Suhu organ tumbuhan yang berbeda berbeda-beda tergantung pada lokasinya relatif terhadap sinar datang dan lapisan udara dengan derajat pemanasan yang berbeda. Kehangatan permukaan tanah dan lapisan udara tanah sangat penting bagi tanaman tundra dan alpine. Bentuk pertumbuhan yang kekar, teralis dan berbentuk bantal, penekanan daun roset dan pucuk semi-roset ke substrat pada tumbuhan kutub dan pegunungan tinggi dapat dianggap sebagai adaptasinya terhadap penggunaan yang lebih baik panas dalam kondisi di mana hanya ada sedikit panas.

Pada hari-hari dengan cuaca sebagian berawan, organ tumbuhan di atas permukaan tanah mengalami perubahan suhu yang tajam. Misalnya, di hutan ek ephemeroid Siberian scilla, saat awan menutupi matahari, suhu daun bisa turun dari +25...+ 27 menjadi + 10... + 15_°C, dan kemudian, saat tanaman disinari oleh matahari lagi, ia naik ke tingkat sebelumnya. Dalam cuaca berawan, suhu daun dan bunga mendekati suhu lingkungan, dan seringkali beberapa derajat lebih rendah. Pada banyak tumbuhan, perbedaan suhu terlihat bahkan dalam satu daun. Biasanya, bagian atas dan tepi daun lebih dingin, jadi selama pendinginan semalaman, embun pertama kali mengembun di area ini dan embun beku terbentuk.

Pergantian suhu malam hari yang lebih rendah dan suhu siang hari yang lebih tinggi (termoperiodisme) bermanfaat bagi banyak spesies. Tumbuhan di wilayah kontinental tumbuh paling baik jika amplitudo fluktuasi harian 10-15°C, sebagian besar tumbuhan di zona beriklim sedang - dengan amplitudo 5-10°C, tumbuhan tropis - dengan amplitudo hanya 3°C, dan beberapa di antaranya (pohon wol, tebu, kacang tanah) - tanpa ritme suhu harian.

Dalam fase entogenesis yang berbeda, kebutuhan panas berbeda. Di zona beriklim sedang, perkecambahan biji biasanya terjadi pada suhu yang lebih rendah daripada suhu pembungaan, dan pembungaan memerlukan suhu yang lebih tinggi daripada pematangan buah.

Menurut tingkat adaptasi tanaman terhadap kondisi kekurangan panas yang ekstrim, tiga kelompok dapat dibedakan:

1) tanaman yang tidak tahan dingin - tanaman rusak parah atau mati pada suhu di atas titik beku air. Kematian berhubungan dengan inaktivasi enzim, terganggunya pertukaran asam nukleat dan protein, permeabilitas membran dan terhentinya aliran asimilasi. Ini adalah tumbuhan hutan hujan tropis, ganggang laut hangat;

2) tanaman yang tidak tahan beku - tahan terhadap suhu rendah, tetapi mati segera setelah es mulai terbentuk di jaringan. Ketika musim dingin tiba, konsentrasi zat aktif secara osmotik dalam getah sel dan sitoplasmanya meningkat, sehingga menurunkan titik beku hingga -5...-7°C. Air di dalam sel dapat mendingin di bawah titik beku tanpa langsung membentuk es. Keadaan superdingin tidak stabil dan paling sering berlangsung beberapa jam, namun memungkinkan tanaman tahan terhadap embun beku. Ini adalah beberapa spesies subtropis yang selalu hijau. Selama musim tanam, semua tanaman berdaun tidak tahan beku;

3) tanaman tahan es, atau tahan beku - tumbuh di daerah dengan iklim musiman, dengan musim dingin yang dingin. Selama musim salju yang parah, organ pohon dan semak di atas permukaan tanah membeku, namun tetap dapat bertahan hidup.

Tanaman dipersiapkan untuk menahan embun beku secara bertahap, mengalami pengerasan awal setelah proses pertumbuhan selesai. Pengerasan terdiri dari akumulasi gula di dalam sel (hingga 20-30%), turunan karbohidrat, beberapa asam amino dan zat pelindung lainnya yang mengikat air. Pada saat yang sama, ketahanan sel terhadap embun beku meningkat, karena air yang terikat lebih sulit diserap oleh kristal es yang terbentuk di jaringan. Ultrastruktur dan enzim diatur ulang sedemikian rupa sehingga sel dapat mentolerir dehidrasi yang terkait dengan pembentukan es.

Pencairan di tengah, dan terutama di akhir musim dingin, menjadi penyebabnya penurunan yang cepat ketahanan tanaman terhadap embun beku. Setelah dormansi musim dingin berakhir, pengerasan hilang. Embun beku musim semi yang datang secara tiba-tiba dapat merusak tunas yang sudah mulai tumbuh dan terutama bunga, bahkan pada tanaman tahan beku.

Berdasarkan tingkat adaptasi terhadap suhu tinggi, kelompok organisme berikut dapat dibedakan:

1) spesies yang tidak tahan panas - sudah rusak pada +30...+40 °C (alga eukariotik, tanaman berbunga air, mesofit terestrial);

2) eukariota tahan panas - tumbuhan di habitat kering dengan insolasi kuat (stepa, gurun, sabana, subtropis kering, dll.); mentolerir pemanasan setengah jam hingga + 50… + 60°C;

3) prokariota tahan panas - bakteri termofilik dan beberapa jenis ganggang biru-hijau, dapat hidup di sumber air panas pada suhu +85... + 90°C.

Beberapa tanaman sering terkena dampak kebakaran, ketika suhu naik sebentar hingga ratusan derajat. Kebakaran sangat umum terjadi di sabana, hutan kering berdaun keras, dan semak belukar seperti kaparal. Ada sekelompok tumbuhan pirofit, tahan api. Pohon sabana memiliki kerak tebal di batangnya, diresapi dengan zat tahan api, yang secara andal melindungi jaringan internal. Buah dan biji pyrophytes memiliki kulit yang tebal dan sering mengalami lignifikasi yang retak ketika dibakar oleh api.

Adaptasi yang paling umum untuk menghindari panas berlebih adalah meningkatkan stabilitas termal protoplas sebagai akibat dari pengerasan, mendinginkan tubuh melalui peningkatan transpirasi, memantulkan dan menyebarkan sinar yang mengenai tanaman karena permukaan daun yang mengkilap atau bulu-bulu tipis yang lebat. , dan mengurangi area panas dengan satu atau lain cara. Pada banyak tanaman tropis dari keluarga kacang-kacangan, pada suhu udara di atas +35°C, daunnya berbentuk daun majemuk, sehingga mengurangi penyerapan radiasi hingga setengahnya. Pada tanaman di hutan berdaun keras dan kelompok semak yang tumbuh di bawah sinar matahari musim panas yang kuat, daunnya menghadap ke arah sinar matahari tengah hari, yang membantu menghindari panas berlebih.

Adaptasi suhu hewan. Berbeda dengan tumbuhan, hewan berotot menghasilkan lebih banyak panas internalnya sendiri. Ketika otot berkontraksi, lebih banyak energi panas yang dilepaskan secara signifikan dibandingkan saat organ dan jaringan lain berfungsi, karena efisiensi penggunaan energi kimia untuk melakukan kerja otot relatif rendah. Semakin kuat dan aktif ototnya, semakin banyak panas yang dihasilkan hewan tersebut. Dibandingkan dengan tumbuhan, hewan memiliki kemampuan yang lebih beragam dalam mengatur suhu, baik secara permanen maupun sementara tubuh sendiri. Cara utama adaptasi suhu pada hewan adalah sebagai berikut:

1) termoregulasi kimia - peningkatan aktif produksi panas sebagai respons terhadap penurunan suhu lingkungan;

2) termoregulasi fisik - perubahan tingkat perpindahan panas, kemampuan menahan panas atau, sebaliknya, menghilangkan kelebihannya. Termoregulasi fisik dilakukan berkat ciri anatomi dan morfologi khusus dari struktur hewan: rambut dan bulu, bagian perangkat sistem sirkulasi, distribusi cadangan lemak, kemungkinan perpindahan panas evaporatif, dll.;

3) perilaku organisme. Dengan bergerak di luar angkasa atau mengubah perilakunya dengan cara yang lebih kompleks, hewan dapat secara aktif menghindari suhu ekstrem. Bagi banyak hewan, perilaku merupakan satu-satunya cara yang sangat efektif untuk menjaga keseimbangan termal.

Hewan poikilotermik memiliki laju metabolisme yang lebih rendah dibandingkan hewan homeotermik, bahkan pada suhu tubuh yang sama. Misalnya, iguana gurun pada suhu +37°C mengonsumsi oksigen 7 kali lebih sedikit dibandingkan hewan pengerat dengan ukuran yang sama. Karena berkurangnya tingkat metabolisme panasnya sendiri, hewan poikilotermik menghasilkan sedikit panas dan, oleh karena itu, kemungkinan termoregulasi kimianya dapat diabaikan. Termoregulasi fisik juga kurang berkembang. Bagi hewan poikiloterm, sangat sulit menahan kekurangan panas. Dengan penurunan suhu lingkungan, semua proses vital melambat dan hewan menjadi mati suri. Dalam keadaan tidak aktif ini, mereka memiliki ketahanan dingin yang tinggi, yang terutama disebabkan oleh adaptasi biokimia. Untuk menjadi aktif, hewan terlebih dahulu harus menerima sejumlah panas dari luar.

Dalam batas tertentu, hewan poikilotermik mampu mengatur aliran panas luar ke dalam tubuh, mempercepat pemanasan atau sebaliknya menghindari panas berlebih. Cara utama mengatur suhu tubuh pada poikiloterm adalah dengan mengubah postur tubuh, secara aktif mencari kondisi iklim mikro yang menguntungkan, mengubah habitat, dan sejumlah bentuk perilaku khusus yang bertujuan untuk menjaga kondisi lingkungan dan menciptakan iklim mikro yang diinginkan (menggali liang, membangun sarang, dll.) .

Dengan mengubah posisi, hewan dapat menambah atau mengurangi panas tubuh akibat radiasi matahari. Misalnya, belalang gurun memaparkan sinar matahari dalam jangkauan luas pada pagi hari yang sejuk. permukaan lateral tubuh, dan pada siang hari - punggung sempit. Dalam cuaca yang sangat panas, hewan bersembunyi di tempat teduh dan bersembunyi di liang. Di gurun pada siang hari, misalnya, beberapa spesies kadal dan ular memanjat semak-semak, menghindari kontak dengan permukaan tanah yang panas. Pada musim dingin, banyak hewan mencari perlindungan, di mana suhu lebih lancar dibandingkan dengan habitat terbuka. Yang lebih kompleks lagi adalah bentuk perilaku serangga sosial: lebah, semut, rayap, yang membangun sarang dengan suhu yang diatur dengan baik di dalamnya, hampir konstan selama periode aktivitas serangga.

Beberapa spesies juga mampu melakukan termoregulasi kimia. Banyak hewan poikilotermik yang mampu mempertahankan suhu tubuh optimal melalui kerja otot, namun dengan terhentinya aktivitas fisik, panas berhenti diproduksi dan cepat hilang dari tubuh karena ketidaksempurnaan mekanisme termoregulasi fisik. Misalnya, lebah menghangatkan tubuhnya dengan kontraksi otot khusus - gemetar - hingga +32...+33 °C, yang memberi mereka kesempatan untuk lepas landas dan mencari makan dalam cuaca dingin.

Beberapa spesies juga memiliki adaptasi untuk mengurangi atau meningkatkan perpindahan panas, yaitu dasar termoregulasi fisik. Sejumlah hewan menghindari panas berlebih dengan meningkatkan kehilangan panas melalui penguapan. Seekor katak kehilangan 7770 J di darat dalam satu jam pada suhu +20°C, yang berarti 300 kali lebih banyak daripada produksi panasnya sendiri. Banyak reptil, ketika suhu mendekati tingkat kritis atas, mulai bernapas berat atau membuka mulut, meningkatkan pelepasan air dari selaput lendir.

Homeotermi dikembangkan dari poikilotermi dengan memperbaiki metode pengaturan pertukaran panas. Kemampuan untuk mengatur hal tersebut kurang terlihat pada mamalia muda dan anak ayam dan hanya terwujud sepenuhnya pada usia dewasa.

Hewan homeotermik dewasa dibedakan oleh pengaturan masukan dan keluaran panas yang efektif sehingga memungkinkan mereka mempertahankan suhu tubuh optimal yang konstan sepanjang tahun. Mekanisme termoregulasi pada setiap spesies sangat banyak dan beragam. Hal ini memastikan keandalan mekanisme menjaga suhu tubuh yang lebih baik. Seperti penghuni utara, seperti rubah kutub, kelinci putih, dan ayam hutan tundra, biasanya aktif dan hidup bahkan di cuaca beku paling parah, ketika perbedaan suhu udara dan tubuh lebih dari 70 °C.

Ketahanan hewan homeotermik yang sangat tinggi terhadap panas berlebih ditunjukkan dengan cemerlang sekitar dua ratus tahun yang lalu dalam eksperimen Dr. C. Blagden di Inggris. Bersama beberapa temannya dan seekor anjing, ia menghabiskan 45 menit di ruang kering pada suhu +126°C tanpa konsekuensi kesehatan apa pun. Pada saat yang sama, sepotong daging yang dimasukkan ke dalam ruangan ternyata dimasak, dan air dingin, yang penguapannya dicegah oleh lapisan minyak, dipanaskan hingga mendidih.

Hewan berdarah panas mempunyai kemampuan termoregulasi kimia yang sangat tinggi. Mereka memiliki tingkat metabolisme yang tinggi dan menghasilkan panas dalam jumlah besar.

Berbeda dengan hewan poikiloterm, bila terkena suhu dingin pada tubuh hewan homeotermik, proses oksidatif tidak melemah, melainkan meningkat, terutama pada otot rangka. Banyak hewan mengalami tremor otot, yang menyebabkan pelepasan panas tambahan. Selain itu, sel-sel otot dan banyak jaringan lain mengeluarkan panas bahkan tanpa melakukan fungsi kerja, memasuki keadaan nada termoregulasi khusus. Efek termal dari kontraksi otot dan tonus sel termoregulasi meningkat tajam seiring dengan penurunan suhu lingkungan.

Ketika panas tambahan dihasilkan, metabolisme lipid terutama ditingkatkan, karena lemak netral mengandung pasokan utama energi kimia. Oleh karena itu, cadangan lemak hewani memberikan termoregulasi yang lebih baik. Mamalia bahkan memiliki jaringan adiposa coklat khusus, di mana semua energi kimia yang dilepaskan, alih-alih ditransfer ke ikatan ATP, malah dihamburkan dalam bentuk panas, yaitu digunakan untuk menghangatkan tubuh. Buraya jaringan adiposa paling berkembang pada hewan di daerah beriklim dingin.

Mempertahankan suhu karena peningkatan produksi panas memerlukan pengeluaran energi yang besar, sehingga hewan, dengan peningkatan termoregulasi kimia, memerlukan hal tersebut jumlah besar makanan, atau menghabiskan banyak cadangan lemak yang terkumpul tadi. Misalnya, tikus kecil mempunyai tingkat metabolisme yang sangat tinggi. Bergantian waktu tidur dan aktivitas yang sangat singkat, ia aktif kapan saja sepanjang hari, tidak berhibernasi di musim dingin, dan makan makanan 4 kali beratnya sendiri per hari. Denyut jantung tikus mencapai 1000 denyut per menit. Selain itu, burung yang tinggal selama musim dingin membutuhkan banyak makanan; Mereka tidak terlalu takut pada embun beku melainkan kekurangan makanan. Jadi, dengan panen yang baik dari benih pohon cemara dan pinus, crossbill bahkan menetaskan anak ayam di musim dingin.

Oleh karena itu, penguatan termoregulasi kimia ada batasnya, ditentukan oleh kemungkinan memperoleh makanan.

Jika terjadi kekurangan makanan di musim dingin, termoregulasi jenis ini tidak menguntungkan bagi lingkungan. Misalnya, perkembangannya buruk pada semua hewan yang hidup di luar Lingkaran Arktik: rubah kutub, walrus, anjing laut, beruang kutub, rusa kutub, dll. Termoregulasi kimia juga tidak khas untuk penduduk tropis, karena mereka hampir tidak memerlukan produksi panas tambahan. .

Termoregulasi fisik lebih bermanfaat bagi lingkungan, karena adaptasi terhadap dingin dilakukan bukan melalui produksi panas tambahan, tetapi melalui pelestariannya di dalam tubuh hewan. Selain itu, perlindungan terhadap panas berlebih dimungkinkan dengan meningkatkan perpindahan panas ke lingkungan luar. Dalam rangkaian filogenetik mamalia - dari pemakan serangga hingga chiropteran, hewan pengerat, dan predator - mekanisme termoregulasi fisik menjadi lebih canggih dan beragam. Ini termasuk refleks penyempitan dan perluasan pembuluh darah kulit, perubahan konduktivitas termal, perubahan sifat insulasi termal bulu dan bulu, pertukaran panas berlawanan arah selama suplai darah ke organ individu, dan pengaturan perpindahan panas evaporatif.

Bulu mamalia yang tebal, bulu dan terutama bulu halus pada burung memungkinkan untuk mempertahankan lapisan udara di sekitar tubuh dengan suhu yang mendekati suhu tubuh hewan, sehingga mengurangi radiasi panas ke lingkungan luar. Perpindahan panas diatur oleh kemiringan rambut dan bulu, perubahan musim pada bulu dan bulu. Bulu hewan Arktik yang sangat hangat di musim dingin memungkinkan mereka bertahan hidup di cuaca dingin tanpa meningkatkan metabolisme dan mengurangi kebutuhan akan makanan. Misalnya, rubah Arktik di pesisir Samudra Arktik mengonsumsi lebih sedikit makanan di musim dingin dibandingkan di musim panas.

Pada hewan di daerah beriklim dingin, lapisan jaringan lemak subkutan didistribusikan ke seluruh tubuh, karena lemak merupakan isolator panas yang baik. Pada hewan di daerah beriklim panas, distribusi cadangan lemak seperti itu akan menyebabkan kematian karena kepanasan karena ketidakmungkinan menghilangkan kelebihan panas, sehingga lemak mereka disimpan secara lokal, di bagian tubuh tertentu, tanpa mengganggu radiasi panas dari permukaan umum. (unta, domba ekor gemuk, zebu, dll).

Sistem pertukaran panas berlawanan arah yang membantu menjaga suhu organ dalam tetap konstan telah ditemukan di cakar dan ekor hewan berkantung, sloth, trenggiling, prosimian, pinniped, paus, penguin, burung bangau, dll.

Mekanisme yang efektif untuk mengatur pertukaran panas adalah penguapan air melalui keringat atau melalui selaput lendir lembab pada rongga mulut dan saluran pernapasan bagian atas. Karena panas penguapan air tinggi (2,3-106 J/kg), banyak kelebihan panas yang dibuang dari tubuh dengan cara ini. Kemampuan menghasilkan keringat sangat bervariasi antar spesies. Seseorang yang mengalami cuaca panas ekstrem dapat menghasilkan hingga 12 liter keringat per hari, menghilangkan panas sepuluh kali lipat dari jumlah normal. Air yang dikeluarkan secara alami harus diganti melalui minum. Pada beberapa hewan, penguapan hanya terjadi melalui selaput lendir mulut. Pada anjing yang sesak napasnya merupakan metode utama termoregulasi evaporatif, laju pernapasan mencapai 300-400 napas per menit. Pengaturan suhu melalui penguapan mengharuskan tubuh membuang air dan oleh karena itu tidak mungkin dilakukan di semua kondisi kehidupan.

Yang tidak kalah pentingnya untuk menjaga keseimbangan suhu adalah rasio permukaan tubuh terhadap volumenya, karena pada akhirnya skala produksi panas bergantung pada massa hewan, dan pertukaran panas terjadi melalui integumennya.

Hubungan antara ukuran dan proporsi tubuh hewan dan kondisi iklim habitatnya telah diketahui pada abad ke-19. Menurut aturan K. Bergman, jika dua spesies hewan berdarah panas yang berkerabat dekat berbeda ukurannya, maka spesies yang lebih besar hidup di iklim yang lebih dingin, dan yang lebih kecil hidup di iklim yang lebih hangat. Bergman menekankan bahwa pola ini hanya muncul jika spesies tersebut tidak berbeda dalam adaptasi lain terhadap termoregulasi.

D. Allen memperhatikan pada tahun 1877 bahwa pada banyak mamalia dan burung di belahan bumi utara, ukuran relatif anggota badan dan berbagai bagian tubuh yang menonjol (ekor, telinga, paruh) meningkat ke arah selatan. Signifikansi termoregulasi masing-masing bagian tubuh jauh dari setara. Bagian yang menonjol memiliki luas permukaan relatif besar, yang bermanfaat dalam iklim panas. Pada banyak mamalia, misalnya, telinga, yang biasanya dilengkapi dengan banyak pembuluh darah, sangat penting untuk menjaga keseimbangan termal. Telinga besar Gajah Afrika, rubah fennec gurun kecil dan kelinci Amerika telah berkembang menjadi organ termoregulasi khusus.

Saat beradaptasi dengan dingin, hukum ekonomi permukaan terwujud, karena bentuk tubuh yang kompak dengan rasio luas dan volume minimum paling bermanfaat untuk konservasi panas. Sampai batas tertentu, hal ini juga merupakan karakteristik tumbuhan yang membentuk bantalan padat dengan permukaan perpindahan panas minimal di tundra utara, gurun kutub, dan pegunungan tinggi.

Metode perilaku mengatur pertukaran panas pada hewan berdarah panas tidak kalah pentingnya dengan hewan poikilotermik, dan juga sangat beragam - mulai dari mengubah postur tubuh dan mencari perlindungan hingga membangun liang yang rumit, sarang, migrasi jarak pendek dan jarak jauh.

Di dalam liang hewan yang menggali, suhu menjadi lebih lancar lebih mendalam liang Di garis lintang tengah, pada jarak 150 cm dari permukaan tanah, fluktuasi suhu musiman pun tidak lagi terasa. Sarang yang dibangun dengan sangat terampil juga menjaga iklim mikro yang merata dan menguntungkan. Sarang titmouse yang berbentuk kain kempa, yang hanya memiliki satu pintu masuk samping yang sempit, hangat dan kering dalam segala cuaca.

Yang menarik adalah perilaku kelompok hewan untuk tujuan termoregulasi. Misalnya, beberapa penguin, dalam cuaca beku dan badai salju yang parah, berkumpul bersama dalam kelompok padat, yang disebut “kura-kura”. Individu yang berada di tepian, setelah beberapa saat, masuk ke dalam, dan “kura-kura” itu perlahan-lahan berputar dan bercampur aduk. Di dalam cluster seperti itu, suhu dipertahankan sekitar +37 SS bahkan di musim salju yang paling parah. Unta yang tinggal di gurun juga berkerumun di cuaca yang sangat panas, saling menekan sisi tubuh mereka, namun hal ini menghasilkan efek sebaliknya—mencegah pemanasan yang kuat pada permukaan tubuh oleh sinar matahari. Suhu di tengah sekelompok hewan sama dengan suhu tubuhnya, +39°C, sedangkan bulu di punggung dan samping individu terluar memanas hingga +70°C.

Kombinasi metode termoregulasi kimia, fisik dan perilaku yang efektif dengan umum level tinggi proses oksidatif dalam tubuh memungkinkan hewan homeotermik untuk mempertahankan keseimbangan termalnya dengan latar belakang fluktuasi suhu eksternal yang luas.

Manfaat ekologis dari poikilotermi dan homeotermi. Hewan lototermik, karena rendahnya tingkat proses metabolisme secara umum, hanya cukup aktif di dekat batas suhu atas keberadaannya. Karena hanya memiliki reaksi termoregulasi individual, mereka tidak dapat memastikan pertukaran panas yang konstan. Oleh karena itu, ketika suhu lingkungan berfluktuasi, aktivitas poikilotermik menjadi terputus-putus. Akuisisi habitat Dengan Suhu yang terus-menerus rendah menyulitkan hewan berdarah dingin. Hal ini hanya mungkin terjadi dengan perkembangan stenotermi dingin dan hanya tersedia di lingkungan terestrial untuk bentuk-bentuk kecil yang mampu memanfaatkan iklim mikro.

Namun, menundukkan suhu tubuh ke suhu lingkungan memiliki sejumlah keuntungan. Penurunan tingkat metabolisme di bawah pengaruh dingin menghemat biaya energi dan secara tajam mengurangi kebutuhan akan makanan.

Di iklim kering dan panas, poikiloterm memungkinkan seseorang menghindari kehilangan air yang tidak perlu, karena tidak adanya perbedaan antara suhu tubuh dan lingkungan tidak menyebabkan penguapan tambahan. Hewan poikilotermik lebih mudah mentoleransi suhu tinggi dan dengan pengeluaran energi yang lebih sedikit dibandingkan hewan homeotermik, yang menghabiskan banyak energi untuk menghilangkan kelebihan panas dari tubuh.

Tubuh hewan homeotermik selalu berfungsi hanya dalam kisaran suhu yang sempit. Di luar batas tersebut, mustahil bagi hewan homeotermik untuk tidak hanya mempertahankan aktivitas biologisnya, tetapi juga mengalami keadaan depresi, karena mereka telah kehilangan daya tahan terhadap fluktuasi suhu tubuh yang signifikan. Namun, karena tingginya intensitas proses oksidatif dalam tubuh dan memiliki kompleks alat termoregulasi yang kuat, hewan homeotermik dapat mempertahankan suhu konstan yang optimal untuk dirinya sendiri bahkan dengan penyimpangan suhu eksternal yang signifikan.

Pengoperasian mekanisme termoregulasi memerlukan biaya energi yang besar, untuk memenuhi kebutuhan hewan yang meningkat nutrisi. Oleh karena itu, satu-satunya keadaan yang mungkin bagi hewan dengan suhu tubuh yang diatur adalah keadaan aktivitas yang konstan. Di daerah dingin, faktor pembatas penyebarannya bukanlah suhu, tetapi kemampuan memperoleh makanan secara teratur.

Homeostatis termal adalah kondisi yang paling penting fungsi normal tubuh hewan.

Hal ini terutama berlaku untuk hewan berdarah panas. Sistem enzim tubuh hewan berdarah panas mempertahankan aktivitasnya dalam kisaran suhu yang ditentukan secara ketat dengan suhu optimal mendekati suhu fisiologis tubuh. Bagi sebagian besar hewan berdarah panas di daerah beriklim sedang, suhu tubuh di atas 40° C berakibat fatal. Dari tingkat suhu inilah proses denaturasi protein dimulai, di mana protein dengan sifat katalis, yaitu enzim, terlibat sebelum yang lain. Zat-zat ini lebih toleran terhadap suhu yang lebih rendah. Setelah pendinginan hingga 4° C dan pemulihan kondisi suhu selanjutnya, enzim memulihkan aktivitasnya.

Namun, suhu negatif merugikan organisme berdarah panas karena alasan lain. Komponen utama tubuh hewan (minimal 50% dari bobot hidup) adalah air. Jadi, pada ikan, kandungan air dalam tubuhnya mencapai 75%, pada unggas - 70%, pada sapi penggemukan - sekitar 60%. Bahkan tubuh manusia sekitar 63-68% terdiri dari air.

Karena protoplasma sel adalah fase air, pada suhu di bawah nol, air berpindah dari wujud cair ke wujud padat. Pembentukan kristal air di protoplasma sel dan cairan antar sel mempunyai efek merusak pada membran sel dan subsel. Hewan lebih tahan terhadap dampak suhu negatif jika semakin sedikit air yang mereka miliki di dalam tubuh, dan yang terpenting, air bebas tidak terikat pada protein.

Biasanya, saat musim dingin mendekat, kandungan air relatif dalam tubuh hewan berkurang. Perubahan ini terutama terlihat pada hewan poikilotermik. Ketahanan musim dingin mereka meningkat secara signifikan di musim gugur. Misalnya kumbang tanah Pterostichus brevicornis dari Alaska di waktu musim dingin tahan suhu -87°C selama beberapa jam. DI DALAM waktu musim panas kumbang ini sudah mati pada suhu -6...-7 C.

Cara lain adaptasi poikilotermik terhadap suhu negatif adalah akumulasi antibeku dalam cairan biologis.

Studi tentang darah ikan bertulang yang hidup di Lingkaran Arktik menunjukkan bahwa gliserol saja tidak cukup untuk kehidupan aktif hewan berdarah dingin di kondisi Arktik. Ikan ini memiliki osmolalitas darah yang tinggi (300-400 miliosmol). Keadaan terakhir menurunkan titik beku darah menjadi -0,8°C. Namun, suhu air di Samudra Arktik pada musim dingin adalah -1,8°C. Oleh karena itu, osmolalitas darah saja tidak cukup untuk bertahan hidup dalam kondisi seperti itu.

Sebagai bagian dari tubuh ikan Arktik Glikoprotein spesifik dengan sifat antibeku ditemukan dan diisolasi. Pada konsentrasi 0,6%, glikoprotein 500 kali lebih efektif mencegah pembentukan es di air dibandingkan natrium klorida.

Pada hewan homeotermik, konsep keteguhan suhu cukup berubah-ubah. Oleh karena itu, fluktuasi suhu tubuh pada mamalia cukup signifikan, bahkan melebihi 20°C pada beberapa perwakilan mamalia.

Patut dicatat bahwa rentang fluktuasi suhu tubuh yang relatif luas, sebagian besar merupakan karakteristik hewan yang hidup di iklim hangat. Pada hewan utara, homeotermi lebih parah.

Populasi hewan yang termasuk dalam spesies yang sama, tetapi hidup pada kondisi iklim yang berbeda, memiliki sejumlah ciri khas. Hewan dari dataran tinggi memiliki ukuran tubuh lebih besar dibandingkan dengan perwakilan spesies yang sama yang hidup di daerah beriklim panas. Ini adalah aturan biologis umum, dan terlihat jelas pada banyak spesies (babi hutan, rubah, serigala, kelinci, rusa, rusa, dll.). Dimorfisme geografis ditentukan oleh fakta bahwa peningkatan ukuran tubuh menyebabkan penurunan relatif pada permukaan tubuh dan, akibatnya, penurunan kehilangan energi panas. Perwakilan yang lebih kecil dari spesies yang sama menunjukkan metabolisme dan energi relatif lebih tinggi, dan area tubuh relatif lebih besar. Oleh karena itu, mereka mengeluarkan lebih banyak energi per unit berat badan dan kehilangan lebih banyak energi melalui integumen tubuh. Di daerah beriklim sedang dan panas, hewan berukuran kecil dan sedang memiliki keunggulan dibandingkan hewan yang lebih besar.

Penghuni gurun, sabana, dan hutan zona khatulistiwa beradaptasi dengan kehidupan pada suhu yang sangat tinggi. Di gurun di zona khatulistiwa, suhu pasir mencapai 100°C. Tetapi bahkan dalam kondisi suhu ekstrem seperti itu, kehidupan aktif hewan dapat diamati.

Laba-laba dan kalajengking mempertahankan aktivitas makannya pada suhu udara hingga 50°C. Lalat keju Piophila casei dapat bertahan pada suhu 52°C. Belalang gurun juga bertahan hidup pada suhu yang lebih tinggi - hingga 60°C.

Di garis lintang yang lebih tinggi terdapat relung ekologi dengan suhu lingkungan yang jauh lebih tinggi daripada suhu udara. Di sumber air panas Islandia dan Italia pada suhu 45-55°C, hidup multiseluler (larva lalat Scatella sp.), rotifera, dan amuba. Telur Artemia (Air liur Artemia) menunjukkan ketahanan yang lebih besar terhadap suhu tinggi. Mereka tetap dapat hidup setelah 4 jam pemanasan hingga 83°C.

Dari perwakilan kelas ikan, hanya ikan mas (Cyprinodon nevadensis) yang menunjukkan kemampuan adaptif yang luas terhadap suhu ekstrim. Dia tinggal di sumber air panas Death Valley (Nevada), yang airnya bersuhu 42°C. Di musim dingin, ditemukan di waduk yang airnya mendingin hingga 3°C.

Namun, rotifera dan tardigradalah yang paling menonjol dalam kemampuan adaptifnya dalam menghadapi suhu ekstrem. Perwakilan dunia hewan ini dapat menahan pemanasan hingga 15°C dan pendinginan hingga -273°C. Mekanisme adaptif ketahanan unik terhadap suhu tinggi pada invertebrata belum diteliti.

Kemampuan beradaptasi vertebrata terhadap suhu lingkungan yang tinggi tidak setinggi invertebrata. Meski demikian, perwakilan semua kelas vertebrata jenis ini hidup di gurun gersang, kecuali ikan. Pada sebagian besar reptil gurun, homeotermi sebenarnya terjadi. Suhu tubuh mereka bervariasi dalam kisaran sempit sepanjang hari. Misalnya, pada kadal, suhu tubuh rata-rata adalah 33°C (±1°), pada kadal berkerah Crataphytus collaris - 38°C, dan pada iguana bahkan lebih tinggi lagi - 39-40°C.

Suhu tubuh yang mematikan bagi penghuni gurun ini adalah sebagai berikut: untuk kadal - 43°C, untuk kadal berkerah - 46,5°C, untuk iguana - 42°C. Aktivitas hewan diurnal dan nokturnal terjadi pada rentang suhu yang berbeda. Oleh karena itu, suhu tubuh fisiologis dan suhu tubuh yang mematikan tidaklah sama pada kelompok hewan yang berbeda secara etologis. Pada spesies nokturnal, tingkat kritis suhu tubuh adalah 43-44°C, pada spesies siang hari lebih tinggi 5-6°C.

Suhu mematikan pada reptil diyakini menyebabkan disfungsi dini sistem saraf, dan kemudian hipoksia karena ketidakmampuan hemoglobin darah untuk mengikat dan mengangkut oksigen.

Pada burung yang hidup di gurun pasir, suhu tubuhnya saat beraktivitas di bawah sinar matahari naik 2-4°C hingga mencapai 43-44°C. Dalam keadaan istirahat fisiologis, suhunya 39-40°C. Dinamika suhu tubuh seperti itu terdeteksi pada suhu udara 40°C ke atas pada burung pipit, kardinal, nightjar, dan burung unta.

Mamalia, meski memiliki mekanisme termoregulasi yang sempurna, juga memanipulasi suhu tubuhnya sendiri. Unta saat istirahat memiliki suhu rektal yang cukup rendah - sekitar 33°C. Namun, dalam kondisi ekstrim (pekerjaan fisik dengan latar belakang suhu lingkungan di atas 45°C), suhu tubuh hewan meningkat hingga 40°C, yaitu sebesar 7°C, tanpa efek nyata pada keadaan fisiologis dan perilakunya.

Jika Anda menemukan kesalahan, silakan sorot sepotong teks dan klik Ctrl+Masuk.