§ 24. Жизненные формы организмов. Приспособления организмов к действию экологических факторов: температуры

Определения и обозначения

Жизненная форма — облик организма, сформировавшийся как результат приспособления к условиям среды. Например, обтекаемое тело удобно для движения в воде, а ползучий побег позволяет растению распространяться по поверхности почвы. Сходные условия могут формировать похожий облик у организмов разного происхождения. Поэтому жизненная форма описывает способ приспособления, а не родство видов.

Пойкилотермные организмы — организмы, температура тела которых в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. К ним относятся многие беспозвоночные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. При похолодании их тело обычно остывает, а процессы обмена веществ замедляются. Знание этой особенности помогает объяснить, почему их активность меняется вместе с погодой.

Гомойотермные организмы поддерживают относительно постоянную температуру тела при изменениях температуры среды. К ним относят птиц и млекопитающих, способных образовывать тепло и регулировать его отдачу. Постоянство температуры поддерживает работу внутренних органов, но не означает полной независимости от внешних условий. На терморегуляцию нужны энергия и ресурсы организма.

Терморегуляция — совокупность процессов, поддерживающих подходящую для организма температуру тела. Поведенческие механизмы связаны с выбором места или времени активности, а физиологические — с работой внутренних систем организма. Наряду с ними действуют морфологические приспособления, то есть особенности строения, например густой мех. Различать механизмы полезно, чтобы понимать, как разные приспособления совместно помогают сохранять температурный баланс.

Как это устроено

Облик организма формируется не случайно: признаки, помогающие выживать и размножаться в конкретной среде, оказываются полезными. Если условия похожи, сходные задачи — например, передвижение в воде или сохранение влаги — могут приводить к сходным внешним решениям. Такое сходство не доказывает близкого родства: оно может быть результатом приспособления к похожему образу жизни. Поэтому жизненную форму рассматривают отдельно от систематического положения организма.

Температура влияет на скорость химических реакций, из которых складывается обмен веществ. В определённом диапазоне её изменение меняет скорость работы организма, а при чрезмерном нагревании или охлаждении процессы нарушаются. Из-за этого температура воздействует на активность, рост, размножение и способность вида обитать в конкретной местности. Результат зависит от особенностей вида и других условий: например, влажности, наличия укрытий и пищи.

У пойкилотермных организмов обмен веществ и активность обычно меняются вместе с температурой тела. Однако она не обязана точно совпадать с температурой воздуха: солнечный камень может прогреть ящерицу, а тень или нора — охладить её. Выбирая место и время активности, животное избегает опасного перегрева или переохлаждения. Такие поведенческие способы особенно важны, когда организм не может поддерживать постоянную температуру за счёт интенсивного образования тепла.

Гомойотермные организмы сохраняют тепло благодаря изоляции, а при необходимости производят его за счёт обмена веществ. Мех, перья и подкожный жир замедляют теплообмен с окружающей средой; сужение или расширение кровеносных сосудов кожи влияет на отдачу тепла. При жаре организм может усиливать охлаждение, например за счёт испарения воды, а в холоде — уменьшать теплопотери и образовывать больше тепла. Эти процессы расходуют энергию, поэтому возможности терморегуляции зависят также от питания и состояния организма.

Приспособления к температуре принято рассматривать как поведенческие, морфологические и физиологические. К первым относятся поиск тени и укрытий, ко вторым — покровы и особенности формы тела, к третьим — процессы образования и отдачи тепла. У одного организма они действуют вместе: густой мех уменьшает потерю тепла, физиологические реакции дополняют его защиту, а выбор укрытия помогает избежать ветра. Совместное действие механизмов расширяет возможности выживания, хотя не делает организм неуязвимым при любых температурах.

Стратегии поддержания температуры и приспособления организмов

Сравнивайте не только температуру тела, но и то, как организм реагирует на изменения среды. Строка о способах защиты показывает, что поведение и особенности тела могут дополнять физиологические процессы. Таблица описывает общие тенденции: конкретные виды и ситуации могут различаться.

Разбор задач

Почему ящерицы в прохладную погоду менее активны, чем в тёплую?

Нужно связать температуру тела ящерицы с условиями среды и работой обмена веществ. Ящерица относится к пойкилотермным животным: её температура тела в значительной степени зависит от окружающей среды. Рассуждаем по шагам.

1. В прохладную погоду тело ящерицы остывает, если она не прогревается в подходящем месте.
2. При более низкой температуре замедляются процессы обмена веществ, от которых зависит работа мышц.
3. Движение и поиск пищи становятся менее интенсивными; на солнце ящерица может прогреться и стать активнее.

Ответ: в прохладную погоду температура тела ящерицы обычно ниже, поэтому обмен веществ и двигательная активность замедлены. Солнечное место помогает ей прогреться, но это не означает, что температура тела всегда равна температуре воздуха.

Какие приспособления помогают полярному животному сохранять тепло: густой мех, подкожный жир, укрытие от ветра?

Здесь важно разделить приспособления по их природе и установить, как каждое уменьшает потерю тепла. Густой мех и подкожный жир — особенности строения тела, то есть морфологические приспособления. Укрытие от ветра связано с поведением, поскольку животное выбирает защищённое место.

1. Густой мех удерживает слой воздуха у поверхности тела и замедляет теплообмен.
2. Подкожный жир служит теплоизолирующим слоем и снижает потерю тепла.
3. Укрытие от ветра уменьшает охлаждение тела и покровов движущимся холодным воздухом.

Ответ: мех и подкожный жир — морфологические приспособления, а выбор укрытия — поведенческое. Вместе они помогают сохранять тепло эффективнее, чем каждый из этих способов по отдельности.

Как меняются ящерица и птица при резком похолодании?

Сравним, насколько температура тела каждого животного зависит от температуры среды и что требуется для её поддержания. Ящерица — пойкилотермное животное, птица — гомойотермное. Поэтому внешнее похолодание обычно непосредственно отражается на температуре тела ящерицы, а птица регулирует образование и отдачу тепла.

1. У ящерицы тело остывает, обмен веществ замедляется и активность обычно снижается; животное может искать более тёплое место.
2. Птица обычно сохраняет относительно постоянную температуру тела благодаря покровам и физиологической терморегуляции.
3. Поддержание температуры требует от птицы энергии, а при сильном холоде и недостатке пищи её возможности могут быть ограничены.

Ответ: после похолодания активность ящерицы обычно заметно падает из-за охлаждения тела. Птица может оставаться активнее, но для этого тратит энергию и не защищена от любых экстремальных условий.

Типичные ошибки

Ошибка: считать жизненную форму систематической группой. Эти понятия смешивают, потому что оба помогают описывать организмы, но жизненная форма говорит об облике и образе жизни, а система классификации — о родстве. Проверьте себя: могут ли организмы разного происхождения иметь похожую форму из-за сходных условий? Если да, жизненная форма не равна таксону.

Ошибка: утверждать, что температура тела пойкилотермного организма всегда точно равна температуре среды. Такое упрощение возникает из-за сильной зависимости от внешнего тепла, но животное может прогреться на солнце или охладиться в тени. Проверяйте, учитываете ли вы место, поведение и микроклимат, а не только температуру воздуха.

Ошибка: считать, что гомойотермный организм никак не зависит от условий среды. Относительно постоянная температура требует пищи и работы механизмов терморегуляции, а при экстремальных условиях они могут не справиться. Чтобы проверить вывод, спросите себя, есть ли у организма достаточно энергии и не превышает ли холод или жара его возможностей.

Ошибка: сводить все температурные приспособления к строению тела. Мех или жир заметны, поэтому легко забыть о поведении и физиологии. Проверьте себя, распределив примеры на три группы: выбор места и времени активности, особенности строения, процессы образования или отдачи тепла. У многих животных эти группы работают одновременно.

Связь с другими темами

Чтобы понять жизненные формы и температурные приспособления, нужно знать, что такое среда обитания, экологический фактор и приспособленность организмов. Связь с обменом веществ и энергетикой объясняет, почему температура меняет активность и почему поддержание тепла требует ресурсов. Сезонные явления, например изменение активности животных, также связаны с температурой и доступностью пищи. Эти знания помогают разбирать экологические группы организмов и объяснять их распространение.

Что запомнить

• Жизненная форма отражает приспособленность организма к условиям среды и образу жизни.
• Температура влияет на обмен веществ, активность и распространение организмов.
• У пойкилотермных организмов температура тела заметно зависит от температуры среды.
• Гомойотермные организмы поддерживают относительно постоянную температуру тела.
• Терморегуляция может включать поведенческие, морфологические и физиологические механизмы.
• Поддержание постоянной температуры требует затрат энергии.