Влияние температуры на скорость биологических процессов.
Жизнь биологических объектов может существовать в пределах интервала температур от 173 до 373 К. Для биологических процессов большое значение имеет не только известный уровень температуры, но и вполне определенный температурный интервал. Если бы, например, в силу каких-либо причин средняя годовая температура на Земле неожиданно повысилась или понизилась всего лишь на 10 К, основные формы жизни на ней погибли бы. Температурные границы активной жизнедеятельности большинства живых организмов еще более узки (примерно от 274 до 318 К). И лишь немногие организмы могут длительно существовать при более высоких или низких температурах. Так, на Аляске водится насекомое «каменная муха» («веснянка»), которая вполне нормально развивается при 273 К. Треска проявляет максимум биологической активности при температуре морской воды ниже 273 К. Есть также целая группа живых существ — светящиеся бактерии, споры мха, семена некоторых злаков,— оживающих даже после пребывания при температуре жидкого гелия (4 К).
Скорость химических процессов обычно увеличивается с ростом температуры, и это увеличение практически ничем не лимитируется, в то время как биологические процессы имеют температурные границы, за которыми наступает резкое уменьшение их скорости и даже полное прекращение — смерть.
В известной степени тепло повышает жизнедеятельность и ускоряет жизненные процессы, благотворно влияя на рост и размножение организмов. Но если температура превысит определенный предел, эти процессы быстро подавляются.
Рис. 2.4
Зависимость энергии дыхания Рис. 2.5
Активность фермента
зерна пшеницы от температуры трипсина различных животных
в зависимости от температуры
1 – влажность зерна 14%,
2 – 16 %,
3–18%, 1–собака, 2–окунь, 3–треска
4 – 22%
На биологической кривой можно установить три характерные точки: минимальная температура (около 273 К), оптимальная и максимальная. В интервале от минимума до максимума температур интенсивность биологического процесса растет, и здесь наблюдается подчинение правилу Вант-Гоффа. При дальнейшем повышении температуры организм погибает. Это положение хорошо иллюстрируется рис. 2.4, где показана зависимость энергии дыхания зерна пшеницы от температуры.
Температура тела у большинства организмов колеблется в пределах 308— 313 К. Однако и здесь имеются отступления. Так, температура тела некоторых певчих птиц равна 318 К. Один вид холоднокровных, но «теплостойких» рыб прекрасно себя чувствует в горячих источниках острова Цейлон при температуре около 323 К. Самые «жаростойкие» организмы можно найти в мире бактерий и растений. Как известно, некоторые бактерии выживают при температуре 343 К и выше; убить их удается только при длительном кипячении. В качестве примера можно назвать водоросль хлореллу, которая выдерживает 358 К. Она водится в горячих источниках Иелоустонского заповедника в США. Есть бактерии, способные вести нормальную жизнь при температурах выше 373 К.
Основными причинами гибели организмов под влиянием высоких температур является распад белков протоплазмы, а также образование токсичных промежуточных и конечных продуктов этого распада. При распаде белков нарушается субмикроскопическая структура протопласта и соответственно координация происходящих в различных частях протопласта физико-биологических процессов, которые регулируются целой системой, сопряженно действующих ферментов. Помимо распада белков при повышенных температурах происходит и инактивация ферментов, которая также гибельна для организмов.
В самом деле, если проследить зависимость активности любого фермента от температуры, то можно заметить ту же закономерность, что и на рис. 2.4, т. е. те же характерные температурные точки: минимум, оптимум и максимум. В качестве примера на рис. 2.5 приведены кривые активности фермента трипсина у различных животных. Аналогичную картину дают и другие ферменты. Поскольку в основе жизненных процессов лежит целый ряд последовательных органически связанных друг с другом биохимических реакций, регулируемых большим числом различных ферментов, то достаточно вывести из строя хотя бы один из этих ферментов (или даже нарушить гармоничность их действия), как наступает дезинтеграция жизненных процессов и, как результат, гибель организма. Именно этим и объясняется тот факт, что некоторые организмы имеют температурный минимум, который лежит значительно ниже температуры свертывания белка.
У человека и гомойотермных* животных температура тела поддерживается специальными механизмами терморегуляции. Известны физиологические колебания температуры тела в течение суток — суточные ритмы. Так, разница между утренней и вечерней температурой тела у человека достигает 0,5—1,0 К. Температурные различия между внутренними органами достигают нескольких десятых градуса. Разница между температурой внутренних органов, мышц и кожи может составлять до 5—10 К, что затрудняет определение средней температуры тела, необходимой для определения термического состояния организма в целом. У пойкилотермных ** животных температура тела мало отличается от температуры окружающей среды, и только при интенсивной мышечной деятельности у некоторых видов она может превышать температуру среды.
Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 2447;