Воздействие температуры на пойкилотермные и гомойотермные организмы

Пойкилотермные – это
организмы, температура тела которых непостоянна и изменяется вместе с температурой окружающей среды.
К ним относятся все растения, грибы, протисты, беспозвоночные животные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся.
Температура тела пойкилотермных организмов обычно на 1-2°C выше температуры окружающей среды или равна ей. Терморегуляция у них не совершенна.
Рис. 1 - Гаттерия или туатара (Sphenodon punctatus)

Рис. 2 – Шмель луговой (Bombus pratorum)
Температура тела у многих из них повышается под влиянием поглощения солнечного тепла или мышечной работы. Например, у шмелей в полете она может достигать 38-44°C при температуре воздуха 4-8°C. Однако после прекращения полета тело быстро охлаждается до температуры внешней среды.

Рис. 3 – Зависимость температуры тела лягушки от температуры воздуха

Рис. 4 - Среднеазиатская черепаха, или степная черепаха (Testudo horsfieldii)
При повышении или понижении температуры внешней среды за пределы оптимума пойкилотермные впадают в оцепенение или гибнут.
Многие из них находятся в оцепенении большую часть года (например, степная черепаха активна всего 3 месяца в году).

У пойкилотермных животных переживание низких температур связано с процессами, предотвращающими замерзание воды в теле
При t < 10°C наступает оцепенение, при t < 0°C – переохлаждение. Оно продолжается до момента кристаллизации воды, которая сопровождается скачком температуры. После резкого ее повышения начинаются необратимые изменения в организме. В любой момент до этого скачка с повышением температуры насекомое может быть возвращено к нормальной жизнедеятельности.
Физиологическое состояние насекомого в процессе охлаждения зависит от скорости понижения температуры. При медленном охлаждении в клетках образуются кристаллы льда, которые разрывают их оболочку. При очень быстром охлаждении центры кристаллизации не успевают образоваться и формируется стекловидная структура. В результате цитоплазма не повреждается.
Таким образом, глубокое, но очень быстрое охлаждение вызывает временную, обратимую остановку жизни (анабиоз).
Рассмотрим пример с насекомыми

Однако, в природе, как правило, такого состояния организма не бывает
Способность к переохлаждению сильно повышается в результате холодового закаливания, и насекомые могут переносить очень низкие температуры. При закаливании образуются криопротекторы, значительно понижающие точку замерзания и позволяющие насекомым зимовать в переохлажденном, но не замороженном состоянии.
растворы специальных защитных веществ (глицерин, полиэтиленоксид, сахароза и др.), предназначенные для длительного хранения живых клеток, тканей, целых органов и др. (семян, пыльцы, спор растений, нематод, коловраток, цист простейших, сперматозоидов и др.) при сверхнизких температурах.
Криопротекторы – это

Высшие растения умеренно холодного и умеренно теплого поясов эвритермны
Приземистость (карликовость), подушковидные формы роста, устьичная транспирация и пр. – все это адаптации у растений к условиям окружающей среды. Густая опушенность листьев и глянцевитость, например, - морфологические адаптации для предотвращения перегрева.
Рис. 5 – Берёза карликовая (Betula nana)
Рис. 6 – Коровяк обыкновенный, или медвежье у́хо (Verbascum thapsus)

Гомойотермные – это
организмы, способные поддерживать относительно постоянную температуру тела при изменении температуры окружающей среды.
К ним относятся птицы и млекопитающие.
Гомойотермные организмы отличаются наличием механизмов терморегуляции – химической (регуляция продукции тепла в организме) и физической (регуляция отдачи тепла во внешнюю среду).
Рис. 7 – Малая панда или красная панда (Ailurus fulgens)

Приспособление к высоким температурам у гомойотермных организмов – потоотделение и испарение воды со слизистой рта и верхних дыхательных путей, у птиц – только последний способ (так как у них нет потовых желез); расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи – усиливают теплоотдачу.
У птиц, например, через гребень. При низкой температуре кровеносные сосуды уменьшаются в объеме, снижая приток крови к коже птицы, тем самым уменьшая теплоотдачу. За счет этого происходит перенаправление кровяного потока от кожи к внутренним органам птицы.
Рис. 8 – Гребень петуха

Правило Бергмана
У гомойотермных животных при продвижении с юга на север средние размеры тела увеличиваются.
Например, волк полярный – самый крупный из всех волчьих, медведь белый – из всех медвежьих, росомаха – из всех куньих, лось – из всех парнокопытных, глухарь – из всех тетеревиных. Объясняется это тем, что при увеличении размеров тела поверхность тела относительно его объема уменьшается, что снижает теплоотдачу.
Рис. 9 - Евразийский волк (Canis lupus lupus)
Рис. 10 – Полярный волк (Canis lupus tundrarum)

Рис. 12 - Белый медведь (Ursus maritimus)
Рис. 11 - Бурый медведь (Ursus arctos)

Правило Аллена
Например, самый южный и хорошо приспособленный к пустынной жизни представитель семейства псовых – фенек – при длине тела 30-40 см имеет уши длиной 15 см. Тогда как у лисицы, обитающей в умеренном поясе, уши гораздо меньше. И совсем небольшие уши имеет песец, средой обитания которого является тундра. Объясняется это тем, что чем меньше выступающие части тела, тем меньше поверхность тела, через которую уходит тепло. Для северных животных это выгодно, поэтому уши и хвосты у них маленькие. Для южных обитателей, наоборот, удобно иметь большую поверхность выступающих частей тела, чтобы повысить теплоотдачу.
В то же время выступающие части тела (уши, хвосты) у гомойотермных животных при продвижении с юга на север уменьшаются.
Рис. 13 – Уменьшение длины ушей у представителей семейства волчьих

Заключение
Температура тела пойкилотермных организмов непостоянна и изменяется вместе с температурой окружающей среды. При повышении или понижении температуры внешней среды за пределы оптимума пойкилотермные впадают в оцепенение или гибнут.
У пойкилотермных существуют различные температурные адаптации. Например, у растений – карликовость, увеличение или уменьшение листовой пластины; насекомые могут вырабатывать «антифризы» – криопротекторы.
Гомойотермные животные могут поддерживать постоянную высокую температуру тела при значительных изменениях температуры среды. Гомойотермные располагают совершенными нервными и гормональными механизмами активной теплорегуляции, которые включают не только средства эффективной регуляции теплоотдачи, но и изменения интенсивности окислительных процессов и теплопродукции внутри организма. Постоянство температуры тела называется изотермией.