Роль тепловых явлений в жизни живых организмов

Ключевые слова: терморегуляция, зона комфорта, климатические условия.

На этом уроке вы:

• изучите процессы теплообмена в живых организмах и пути адаптации животных к местным климатическим условиям.

Это вы знаете. Между телами, находящимися в тепловом контакте, например в одной комнате, рано или поздно наступает тепловое равновесие, т. е. у них устанавливается одинаковая температура.

В то же время известно, что наша с вами температура остается постоянной, если мы здоровы, где и сколько бы времени мы не находились. Дело в том, что не только у человека, но и у всех теплокровных животных развит механизм терморегуляции. Суть терморегуляции заключается в способности организма поддерживать температуру своего тела на оптимальном уровне при значительных колебаниях температуры окружающей среды. Терморегуляция достигается путем повышения или уменьшения образования тепла в организме и усиления или уменьшения теплоотдачи из организма во внешнюю среду. Из сказанного ясно, что процессы теплообмена играют решающую роль в жизни человека и всех живых организмов. Низкая температура окружающей среды, физическая нагрузка, пищеварение повышают образование тепла в организме, а высокая температура среды и понижение теплообмена (подкожный жировой слой, густая шерсть у животного) с окружающей средой, наоборот, понижают образование в организме тепла.

Для каждого вида живого организма существует определенный температурный диапазон, при котором организм затрачивает минимальное количество энергии для сохранения нормальной температуры тела. Этот диапазон называют зоной комфорта. Для человека в покое и легкой одежде она находится в пределах 18—20 °C.

Каждый из рассмотренных нами видов теплопередачи играет важную роль в терморегуляции.

Теплопроводность. Теплопередача происходит между телом и соприкасающимися с ним предметами и воздухом. Уменьшению этого вида теплопередачи способствуют подкожный жир, теплая одежда, у животного — густая шерсть.

Излучение. Если температура среды низкая, излучение с кожи живого организма поглощается окружающими предметами и воздухом, а если высокая, то происходит поглощение излучения с поверхностей окружающих предметов и воздуха. При равенстве температур организма и среды обмен энергией излучением прекращается.

Конвекция. Теплообмен происходит между кожей человека (телом животного) и слоем соприкасающегося с ней воздуха. Ясно, что при большой разнице температур и в ветреную погоду теплопередача конвекцией усиливается, а при равенстве температур воздуха и тела конвекция прекращается.

Климат Земли в целом благоприятен для жизни ее обитателей. Но разброс температуры в разных климатических зонах весьма велик и составляет около 150 °C. Верхний предел температуры для активной жизни теплокровных организмов считается примерно равным 50 °C, нижний предел однозначно не определен. Но человек благодаря современным технологиям сумел значительно расширить эти пределы.

Организм животных также приспособлен к климатическим условиям своего места обитания. Императорские пингвины приспособились к суровым климатическим условиям Антарктиды (рис. 6.1). В этом немалую роль играет их теплое оперение. Пушистые у основания, короткие и твердые перья, тесно перекрываясь друг с другом, образуют хороший изолирующий воздушный слой, а под кожей есть толстый жировой слой.

Рис. 6.1

Форма тела пингвина позволяет сохранять тепло, поскольку площадь поверхности тела мала по сравнению с ростом. В слезно-носовых протоках у него также развита специальная система теплообмена, благодаря которой при выдохе он теряет небольшое количество тепла.

Это интересно! В суровую пору пингвины сбиваются в тесные группы и образуют так называемую «черепаху», что позволяет им максимально сохранять тепло.

А белые медведи, обитающие в Арктике, прекрасно приспособлены к не менее суровым климатическим условиям (рис. 6.2). У них короткие пушистые уши, толстый слой подкожного жира и длинная шерсть из плотного волосяного покрова. Все это предохраняет тело от охлаждения и позволяет медведю долго находиться в воде. Подошвы его лап густо покрыты длинными жесткими волосами, что также способствует уменьшению потери тепла.

Рис. 6.2

Теперь рассмотрим, как животные приспосабливаются к жаре.

Верблюд — одно из самых интересных животных пустыни (рис. 6.3). Известно, что верблюд может обходиться без воды достаточно долго даже в 60-градусную жару. В горбах верблюдов имеется большой запас жира. Этот жир при повышении температуры преобразуется в воду. Благодаря этому верблюд может 30 дней жить без питья, зато, добравшись до воды, за 10 минут способен выпить 90 литров. Широкие мозолистые подошвы ног не дают ему проваливаться в дюнах и заодно защищают от горячего песка, а длинные ноги поднимают его тело высоко над раскаленной почвой, и верблюду не так жарко.

Рис. 6.3. Верблюд

Пустынный скорпион тоже хорошо приспособлен к жаре (рис. 6.4). Он почти всю жизнь проводит, зарывшись в песок. Жесткий панцирь животного не дает испаряться воде из организма, которую он добывает из проглоченной пищи. Когда еды нет, скорпион способен обходиться вообще без нее, голодая год и больше.

Рис. 6.4. Пустынный скорпион

На нескольких примерах мы убедились, насколько разнообразны пути приспособления живых организмов к условиям проживания и какую важную роль играют в этом тепловые явления.

Это интересно! Желтый суслик. Обитает в Казахстане в западных частях пустыни Бетпак-Дала и долине реки Шу. Он питается полупустынными и пустынными эфемерами, луковицами и клубнями, семенами и побегами полыни, злаков и др. В его рационе до 30 видов растений. В период накопления жира суслики проводят в поисках корма практически весь день, потребляя ежедневно до 200 г пищи. Накопленный жир помогает ему выжить во время летней спячки. Если медведи спят зимой, то суслики спят в самые жаркие месяцы. А пить они даже не умеют, довольствуются влагой, содержащейся в кормах.

Вопросы

1. В чем суть терморегуляции живого организма?
2. Какие виды теплопередачи участвуют в терморегуляции организма теплокровных животных? Каким образом?
3. Расскажите об особенностях строения организма животных, обитающих в холодных регионах.
4. Как приспосабливаются животные к жарким климатическим условиям? Приведите примеры.

Творческая мастерская

Какие животные обитают в вашем регионе? Расскажите, как они приспособлены к местным климатическим условиям. Напишите краткий рассказ.