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. Растительные сообщества 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 60⁰С, однако отдельные бактерии живут в источниках при температуре 70-90⁰С, а споры бактерий выдерживают до 130-150⁰С. 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, т.к. 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.

В определенных стадиях организмы обладают повышенной устойчивостью к высокой температуре (покоящиеся структуры, например, семена). Для многих видов оптимальной является температура 20-30⁰С. Нижние температурные пороги иные: диапазон температур очень велик, большинство низших животных выдерживают падение температуры до 0-5⁰С. Насекомые переносят температуру до – 45 ⁰С (некоторые лишь до –20 ⁰С). Тропические растения погибают при температуре немногим выше 0 ⁰С из-за инактивации ферментов и нарушения некоторых метаболических процессов. Растения в Якутии, мхи и лишайники в Антарктиде переносят чрезвычайно низкие температуры. Некоторые организмы погибают при температуре ниже –1 ⁰С, из-за повреждающего действия, связанного с образованием кристаллов льда, прежде всего внутри клеток.

Многие организмы не погибают, потому что имеют физиологические механизмы, предотвращающие образование кристаллов внутри клетки.

Некоторые организмы переносят зиму в виде особо устойчивых, покоящихся стадий организма. Например, к зиме растения приобретают холодоустойчивость (способность переносить сильные морозы), в то время как летом они плохо переносят слабые заморозки.

Семена, споры переносят в экспериментальных условиях даже –273 ⁰С.

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

Существуют 2 разных типа адаптации к температуре: пассивный и активный. Для пойкилотермных (от греч. ''изменчивый, меняющийся'') организмов (также называют экзотермными организмами) характерен 1 тип адаптации; к ним относятся все классы органического мира, кроме птиц и млекопитающих. Для пойкилотермных организмов характерна неустойчивость температуры их тела; т.к. их тепловой режим зависит от изменений температуры окружающей среды, у этих организмов 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 разогрева организма. 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, мало подвижными.)

К гомойотермным (от греч. устойчивый) организмам относят птиц и млекопитающих, для них характерен активный тип адаптации.

Птицы и млекопитающие менее зависимы от температуры среды, т.к. обладают развитым внутренним источником тепла и совершенной терморегуляцией (способность в определенных пределах сохранять температуру тела), позволяющей поддерживать оптимальный баланс продуцирования и расхода тепловой энергии. Температура тела у них меняется незначительно.

Существует много механизмов, поддерживающих постоянную температуру тела. Главные из них – химическая терморегуляция, за счет выделения тепла (тепло вырабатывается в организме в процессе окислительно-восстановительных реакций метаболизма); физическая терморегуляция, связанная с морфофизиологическими приспособлениями (за счет перьев, волос, которые удерживают вокруг тела слой воздуха, выполняя роль теплоизолятора). Морфофизиологические приспособления дополняются сложными формами приспособительского поведения (экономное расходование энергии на терморегуляцию, снижение напряжения физиологических терморегуляторных функций). Приспособительское поведение особенно эффективно, когда неблагоприятные температуры сочетаются с низкой доступностью кормов (суровая зима) – например, использование особенностей микроклимата (выбор местности, укрытой от ветра, ведет к сокращению энергозатрат на физиологическую терморегуляцию).

Биохимические адаптации к температуре.

Большую роль в приспособлении к неблагоприятным температурам играет теплоустойчивость белков клеточных структур.

Наиболее важны биохимические адаптации для некоторых бактерий и растений, им труднее избежать действия неблагоприятных температур, чем животным (т.к. животные обладают подвижностью и могут покинуть неблагоприятные местообитания).

Морфологические адаптации к температуре.

Важный пример адаптации животных к температуре – правило Бергмана: при продвижении на север средние размеры тела в популяциях теплокровных животных увеличиваются. Среди примеров адаптации к температуре: развитие густого меха у млекопитающих при низких температурах, подушковидные растения в северных широтах.

1.12. Влажность

Вода – необходимый компонент клетки, ее количество определяет флору и фауну местности. У растений пустынь вода составляет лишь 30-65% от общей массы, в дубравах доходит до 85%, в ельниках достигает 90%.

Области, в которых количество испаряемой воды превышает годовую сумму осадков, называют аридными или засушливыми. Области, обеспеченные влагой, называют гумидными (влажными).

Растения выработали различные приспособления к недостатку влажности (длительный период покоя, когда растения переживают неблагоприятный период в виде семян, луковиц, клубней; резкое сокращение вегетационного периода; сильно развитая корневая система).

Растения, приспособившись к условиям водного голодания, сильно сокращают листовую поверхность, ограничивают число устьиц и их способность испарять воду, у некоторых растений листья превращены в иглы или колючки (хвойные деревья, молочаи), опушены листья у многих альпийских растений, некоторые сбрасывают листья при засухе.

По обеспеченности влагой своих территорий растения подразделяются на несколько экологических групп, которые располагаются по степени убывания влажности.

Гидрофиты – растения, для которых необязателен влажный климат. К ним относят пресноводные растения, которые меньше сталкиваются с проблемами осморегуляции .

Галофиты – растения, способные существовать в морской воде (водоросли) и растения, произрастающие на сильно засоленных почвах. Корневая система растений переносит повышенную соленость. Высокое осмотическое давление и транспирация обеспечивают поглощение воды из почвы. Некоторые виды растений способны регулировать содержание в своих тканях солей, выделяя их через железы, расположенные по краям листьев.

Мезофиты – большинство цветковых растений, растущих в местах обеспеченных водой. Цветковые имеют ряд морфологических и физиологических особенностей, помогающих уменьшать потерю воды путем испарения (кутикула (внешняя защитная пленка эпидермиса листьев и стеблей), защищенные устьица, сбрасывание листвы и др.).

Ксерофиты – растения сухих местообитаний (представители пустынь и полупустынь), которые способны переносить продолжительную засуху.