12 أهم تأثيرات درجة الحرارة على الكائنات الحية

أهم تأثيرات درجة الحرارة على الكائنات الحية!

تم العثور على درجة الحرارة للتأثير على الكائنات الحية بطرق مختلفة ، على سبيل المثال لها دور كبير على الخلايا ، مورفولوجيا ، علم وظائف الأعضاء ، السلوك ، النمو ، تطور تطور وراثية وتوزيع النباتات والحيوانات.

بعض الآثار المدروسة لدرجات الحرارة على الكائنات الحية هي:

1. درجة الحرارة والخلية:

درجات الحرارة الدنيا والقصوى لها تأثيرات مميتة على الخلايا ومكوناتها. في حالة البرودة الشديدة ، يمكن تدمير بروتينات الخلية على شكل جليد ، أو كأن تفقد المياه وتتركز الإلكتروليتات في الخلايا ؛ الحرارة تخثر البروتينات (لويس وتايلور ، 1967).

2. درجة الحرارة والتمثيل الغذائي:

يتم تنظيم معظم الأنشطة الأيضية للميكروبات والنباتات والحيوانات من خلال أنواع مختلفة من الإنزيمات وتتأثر الأنزيمات بدورها بدرجة الحرارة ، وبالتالي زيادة في درجة الحرارة ، تصل إلى حد معين ، وتؤدي إلى زيادة النشاط الأنزيمي ، مما يؤدي إلى زيادة معدل الأيض.

على سبيل المثال ، وجد أن نشاط إنزيم آرجيناز الكبد على الأحماض الأمينية أرجينين يزداد تدريجيًا وتدريجيًا ، مع زيادة متزامنة في درجة الحرارة من 17 درجة مئوية إلى 48 درجة مئوية. ولكن وجدت زيادة في درجة الحرارة بعد 48 درجة مئوية أن يكون لها تأثير سلبي على معدل الأيض لهذا النشاط الأنزيمي الذي يؤخر بسرعة.

في النباتات ، يتم إعاقة معدل الامتصاص عند درجة حرارة منخفضة. يعمل التمثيل الضوئي على نطاق واسع من درجات الحرارة. تتطلب معظم الطحالب نطاق درجات حرارة أقل لعملية التمثيل الضوئي من النباتات الأعلى. ومع ذلك ، فإن معدل التنفس في النباتات ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، ولكن أبعد من الحد الأمثل لارتفاع درجة الحرارة يقلل من معدل التنفس. تضاعف معدل التنفس (كما هو الحال في الحيوانات) عند زيادة 10 درجات مئوية فوق درجة الحرارة المثلى ، شريطة أن تكون عوامل أخرى مواتية (قانون فانت هوف).

ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة المثلى لعملية التمثيل الضوئي أقل من درجة الحرارة للتنفس. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من الحد الأدنى للنمو ، يصبح النبات خامداً على الرغم من أن التنفس والتمثيل الضوئي قد يستمران ببطء. تؤثر درجات الحرارة المنخفضة على النبات عن طريق ترسيب البروتين في الأوراق والأغصان الرقيقة وتجفيف الأنسجة.

3. درجة الحرارة والاستنساخ:

يحدث نضوج الغدد التناسلية وتكوين الأمشاج وحمض الأمشاج عند درجة حرارة معينة تختلف من نوع إلى نوع. على سبيل المثال ، بعض الأنواع تتكاثر بشكل منتظم على مدار العام ، بعضها في الصيف أو في الشتاء فقط ، في حين أن بعض الأنواع لديها فترتي تكاثر ، واحدة في الربيع وغيرها في فصل الخريف. وهكذا تحدد درجة الحرارة مواسم التكاثر لمعظم الكائنات الحية.

درجة الحرارة يؤثر أيضا على خصوبة الحيوانات. يتم تعريف خصوبة الحيوان على أنه قدرته على التكاثر ، أي إجمالي عدد الصغار الذين تم ولادتهم خلال فترة حياة الحيوان. على سبيل المثال ، أصبحت الإناث من حشرة Chrotogonus trachyplerus الناضجة للحشرات شديدة النضج عند درجة حرارة 30 درجة مئوية و 35 درجة مئوية عن 25 درجة مئوية ، وتم وضع أعلى عدد من البيض لكل أنثى عند درجة حرارة 30 درجة مئوية. انخفض عدد البيض من 243 إلى 190 عندما ارتفعت درجة الحرارة إلى 30 - 35 درجة مئوية (Grewal و Atwal ، 1968).

وبالمثل ، في أنواع الجراد - Melanoplus sanguinipes و Camnula pellucida عند تربيتها عند 32 درجة مئوية ، ينتجان 20 - 30 ضعف عدد البيضات عن تلك التي تربى عند 22 درجة مئوية (انظر Ananthakrishan and Viswanathan، 1976). من ناحية أخرى ، وجد أن خصوبة بعض السوابينات مثل سوسة الساق القطنية (Pempherulus affinis) قد انخفضت مع زيادة في درجة الحرارة بعد 32.8 درجة مئوية (A Jyar و Margabandhu، 1941).

4. درجة الحرارة ونسبة الجنس:

في بعض الحيوانات تحدد درجة الحرارة البيئية نسبة الجنس للأنواع. على سبيل المثال ، تم العثور على نسبة الجنس من مجداف البحر Maerocyclops albidu لتكون تعتمد على درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة هناك زيادة كبيرة في عدد الذكور. وبالمثل في طاعون البراغيث ، طائر كسينوبسيلا ، كان عدد الذكور يفوق عدد الإناث على الفئران ، في الأيام التي ظلت فيها درجة الحرارة المتوسطة بين 21-25 درجة مئوية. لكن الموقف يتراجع في أيام أكثر برودة.

5. درجة الحرارة وتطور ontogenetic:

درجة الحرارة يؤثر على سرعة ونجاح تطوير الحيوانات poikilothermic. بشكل عام ، يكون التطور الكامل للبيض واليرقات أسرع في درجات الحرارة الدافئة. بيض التراوت ، على سبيل المثال ، تنمو أربع مرات أسرع عند 15 درجة مئوية من 5 درجات مئوية. تطير الحشرة ، وهي ذبابة صخرية ، وهي Metriocnemus hirticollis ، تتطلب 26 يومًا عند 20 درجة مئوية لتطوير جيل كامل ، و 94 يومًا عند 10 درجة مئوية ، و 153 يومًا عند 6.5 درجة مئوية ، و 243 يومًا عند 20 درجة مئوية ، (أندرارتا وبيرش ، 1954).

ومع ذلك ، فإن بذور العديد من النباتات لن تنبت والبيض وعذارى بعض الحشرات لن تفقس أو تتطور بشكل طبيعي حتى مبردة. ينمو سمك السلمون المرقط بشكل أفضل عند 13 درجة مئوية إلى 16 درجة مئوية ، ولكن البيض يتطور بشكل أفضل عند 8 درجات مئوية. في خنفساء الأرض الحرجية المشتركة ، تطور Pterostichus oblongopunctatus من خنفساء إلى خنفساء ناضجة يستغرق 82 يومًا عند 15 درجة مئوية ، في حين أن درجة الحرارة 25 درجة مئوية تستغرق فقط 46 يومًا. في الصنوبر ، يتم تنفيذ معدل التنمية Dendroliniuspini ومعدل الوفيات من مراحل النمو المختلفة من درجة الحرارة.

6. درجة الحرارة والنمو:

تتأثر معدلات نمو الحيوانات والنباتات المختلفة أيضًا بدرجات الحرارة. على سبيل المثال ، لا تتغذى مشاكل الكبار من الكثير من المساعدات لا تنمو حتى يصبح الماء أكثر دفئا من 10 درجة مئوية. وبالمثل ، في المحار Ostraea virginica ، يزداد طول الجسم من 1.4 ملم إلى 10.3 ملم عند زيادة درجة الحرارة من 10 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية. تظهر الأرانب Urostalpinx cinerea وقنفذ البحر Echinus esculcntus الحد الأقصى للحجم في المياه الدافئة. تزدهر الشعاب المرجانية بشكل جيد في تلك المياه التي تحتوي على الماء أقل من 21 درجة مئوية.

7. درجة الحرارة و colouration:

حجم وتلوين الحيوانات عرضة للتأثير على درجة الحرارة. في المناخات الرطبة الدافئة العديد من الحيوانات مثل الحشرات والطيور والثدييات تتحمل صبغة داكنة من أجناس بعض الأنواع الموجودة في المناخات الباردة والجافة. تُعرف هذه الظاهرة باسم قاعدة Gioger.

في الضفدع هيلا والضفدع القرناني فراينوسوما ، عرفت درجات حرارة منخفضة للحث على سواد. يتحول لون بعض الروبيان (اللافقاريات القشرية) إلى لون فاتح مع زيادة درجة الحرارة. من المعروف أن عصا المشي Carausius أصبحت سوداء عند 15 درجة مئوية وبني عند 25 درجة مئوية.

8. درجة الحرارة و مورفولوجيا:

تؤثر درجة الحرارة أيضًا على الحجم المطلق للحيوان والخصائص النسبية لأجزاء الجسم المختلفة (قاعدة بيرغمان). الطيور والثدييات ، على سبيل المثال تحقيق حجم الجسم أكبر عندما تكون في المناطق الباردة مما كانت عليه في المناطق الدافئة ، والمناطق الباردة تحتوي على أنواع أكبر. ولكن تميل درجات الحرارة إلى أن تكون أصغر في المناطق الأكثر برودة.

لعب حجم الجسم دورًا مهمًا في التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة نظرًا لأنه قد أثر على معدل فقدان الحرارة. وفقا لبراون ولي (1969) ، فإن فئران الخشب الكبيرة تتمتع بميزة انتقائية في المناخات الباردة ، على ما يبدو لأن نسبة سطحها إلى الهواء ومزيد من العزل تسمح لها بالحفاظ على الحرارة metabalic. ولأسباب معاكسة ، يتم تفضيل الحيوانات الصغيرة الحجم في الصحارى.

أطراف الثدييات مثل الذيل ، الخطم ، الآذان ، و andlegs هي أقصر نسبيا في الأجزاء الأكثر برودة منها في الأجزاء الأكثر دفئا (حكم الين). على سبيل المثال ، يحدث اختلاف في حجم آذان الثعلب القطبي (Alopex lagopus) والثعلب الأحمر (Vulpes Vulpes) وثعلب الصحراء (Megalotis zerda) (الشكل 11.17).

بما أن الحرارة تضيع من خلال السطح ، فإن آذان الثعلب القطبية الصغيرة تساعد في الحفاظ على الحرارة. بينما تساعد آذان كبيرة من ثعلب الصحراء في فقدان الحرارة والتبخر. وبالمثل ، فإن pazzicanda gazella في جبال الهيمالايا لديها ساق وأذنين وذيل أقصر من Gazella benetti الموجودة في سهول جبال الهيمالايا ، على الرغم من أن كلاهما من نفس حجم الجسم.

وبالمثل ، فإن الأسكيمو تحتوي على أذرع وأرجل أقصر بما يتناسب مع حجم صندوقها ، وهو أكبر نسبيا من أي مجموعة أخرى معاصرة. فالفئران التي تربى عند درجة حرارة 31 درجة مئوية إلى 33.5 درجة مئوية لديها ذيل أطول من ذرات الفئران التي تم تربيتها عند 15.5 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية. كل هذه الأمثلة لقاعدة الين تظهر بوضوح أهمية تكيفية للأطراف القصيرة في تقليل فقدان الحرارة من الجسم في المناخ البارد.

تميل أجناس الطيور ذات الأجنحة الضيقة نسبياً والأكثر انضاضًا إلى حدوثها في المناطق الأكثر برودة ، بينما تميل الأجناس الأكثر دفئًا في المناخ الأكثر دفئًا (قاعدة رينش). تؤثر درجة الحرارة أيضًا على شكل مورفولوجي لبعض الأسماك ، وقد وجد أن لها بعض العلاقة مع عدد الفقرات (حكم جوردون). سمك القد الذي يفقس New Foundland عند درجة حرارة بين 4 و 8 درجة مئوية لديه 58 فقرة ، في حين أن يفقس شرق نانتوكيت في درجة حرارة تتراوح بين 10 درجة و 11 درجة مئوية لديه 54 فقرة.

رؤوس الثعلب القطبي (Alopex lagnpus) ، الثعلب الأحمر (Vulpes Vulpes) والثعلب الصحراوي (Megalot's zerda) تظهر التدرج في حجم الأذنين وتوضح حكم Allen (بعد Clark ، 1954).

9. درجة الحرارة و cyclomorphosis:

تتجلى العلاقة بين التغيرات الموسمية في درجة الحرارة وشكل الجسم في ظاهرة ملحوظة يطلق عليها cyclomorphosis عرضت من قبل بعض cladocerans مثل Daphnia خلال الأشهر الدافئة من الصيف (الشكل 1118). تظهر هذه القشريات تباينًا مذهلاً في حجم خوذاتها أو رأسها بين شهري الشتاء والصيف (كوكر ، 1931).

تتطور الخوذة على رأس الدافنيا في الربيع. يبلغ حجمه الأقصى في الصيف ويختفي تمامًا في الشتاء لتوفير الشكل الدائري المعتاد في الرأس. مثل هذا النوع من cyclomorphosis من حيث حجم الخوذة يظهر بشكل واضح وجود علاقة بين درجة الدفء في الفصول المختلفة.

وقد تم تفسير هذه الإطالة للخوذة على أنها تكيف مساعدة تساعد على التعويم منذ أن تنخفض طفو الماء كلما ازدادت درجة الحرارة (فرضية الطفو). ووفقًا للتفسير الآخر (أي ، فرضية الاستقرار) ، تعمل الخوذة مثل الدفة وتعطي ثباتًا أكبر للحيوان. إلى جانب درجة الحرارة ، يمكن أن يتسبب هذا النوع من التركيب البنيوي في عوامل بيئية أخرى بما في ذلك الطعام.

10. درجة الحرارة وسلوك الحيوان:

درجة الحرارة يؤثر عموما على النمط السلوكي للحيوانات. في المياه المعتدلة تأثير الحرارة على سلوك حافر الخشب عميقة. على سبيل المثال ، في أشهر الشتاء بشكل عام ، يحدث كل من Martesia و Teredo بأعداد أقل مقارنةً بـ Bankia campanulaia التي تكون شدتها للهجوم القصوى خلال أشهر الشتاء.

علاوة على ذلك ، فإن الميزة التي اكتسبتها بعض الحيوانات ذات الدم البارد من خلال الاتزان الحراري أو التوجه نحو مصدر الحرارة مثيرة للاهتمام. القراد تحديد موقع مضيفي الدم الدافئة عن طريق رد فعل تحول إلى حرارة أجسامهم. بعض الثعابين مثل ثعبان راتل ، رؤوس النحاس ، وأفاعي الحفرة قادرة على اكتشاف الثدييات والطيور من خلال حرارة أجسامها التي تظل أكثر دفئا قليلاً من المناطق المحيطة.

حتى في الظلام ، هذه الثعابين تضرب على الفريسة بدقة مثيرة للأعصاب ، بسبب الإشعاع الحراري القادم من الفريسة. وصول الطقس البارد في المناطق المعتدلة يتسبب في أن تتجمع الثعابين وتتجمع معا.

Cyclomorphosis في Daphnia cucullata بسبب تغير موسمي في درجة الحرارة (بعد Clarke ، 1954).

11. درجة الحرارة وتوزيع الحيوانات:

ولأن درجة الحرارة المثلى لإكمال المراحل العديدة لدورة حياة العديد من الكائنات الحية تختلف ، فإن درجة الحرارة تفرض قيودا على توزيع الأنواع. وبشكل عام ، فإن نطاق العديد من الأنواع محدود بأقل درجة حرارة حرجة في أكثر مراحل دورة حياتها ضعفاً ، وعادةً ما تكون المرحلة الإنجابية. على الرغم من أن جراد البحر الأطلنطي سيعيش في الماء مع درجة حرارة تتراوح من 0 درجة إلى 17 درجة مئوية ، فإنه سوف يتكاثر فقط في درجة حرارة الماء أكثر من 11 درجة مئوية.

قد يعيش سرطان البحر وينمو في مياه أكثر برودة ولكن لا يتوطد السكان المتكاثرون هناك أبداً. لا تؤثر درجة الحرارة فقط على التكاثر في التوزيع الجغرافي ولكن أيضًا تؤثر درجات الحرارة على البقاء (أي التأثير المميت لدرجة الحرارة) والتغذية والأنشطة البيولوجية الأخرى هي المسؤولة عن التوزيع الجغرافي للحيوانات.

وكما أشرنا سابقاً في هذه المقالة ، فإن الحيوانات من المناطق الجغرافية الأكثر برودة تكون عموماً أقل تحملاً للحرارة وأكثر برودة من تلك الحيوانات من المناطق الأكثر دفئاً. على سبيل المثال ، يموت عضو في Aurelia ، وهي أسماك الهلام من نوفا سكوتيا عند درجة حرارة الماء 29-30 درجة مئوية ، في حين أن Aurelia من فلوريدا يمكن أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى 38.5 درجة مئوية. وبالتالي ، فإن الحد المميت لدرجة الحرارة قد ينظم نطاق توزيع Aurelia.

وبوجه عام ، يمكن توزيع الأنواع البحرية الضحلة المياه على أربعة أنواع من المناطق. في النوع الأول ، يعتمد التوزيع باتجاه الشمال على الحدود الحرارية الفتاكة خلال أشهر الشتاء ، ويعتمد التوزيع الجنوبي على حدود درجة الحرارة في الصيف. في النوع الثاني ، تحدد الحدود الحرارية المطلوبة للسكان التوزيع من الشمال إلى الجنوب.

في النوع الثالث من المناطق ، فإن المتطلبات الحرارية لإعادة توطين
ملكي البيئة القطبية في الصيف ، والحد الأقصى لدرجة الحرارة يحدد منطقة البقاء على خط الاستواء. وأخيراً ، يحدد الحد الأدنى لدرجة الحرارة للبقاء الحد القطبي في الشتاء ، وتحدد درجات الحرارة التي تحد من إعادة التوطين النطاق الجنوبي.

يتم توزيع اللافقاريات الأرضية ، خاصة المفصليات بشكل عام في جميع البيئات الحرارية حيث توجد الحياة. العديد من المفصليات التي اجتاحت المناطق الباردة لها مرحلة واحدة في دورة حياتها وهي مقاومة للبرد للغاية ، وتمكنها من الإفراط في الشتاء حتى يعود الطقس الحار (السلط ، 1964). يتم تكييف الطيور والثدييات أيضًا للعيش في جميع البيئات الحرارية تقريبًا.

غير أن توزيع البرمائيات والزواحف يقتصر على المناخ الحراري الأكثر دفئا نسبيا. وقد سرد موك (1964) ثلاثة عوامل تحد من غزو الزواحف في البيئات الباردة: يجب أن تكون درجة الحرارة المحيطة اليومية مرتفعة بما يكفي للسماح للنشاط ، يجب أن تكون درجة الحرارة اليومية المحيطة عالية بما فيه الكفاية وطويلة بما فيه الكفاية للسماح للتربية والسماح للبالغين والشباب للحصول على الطعام من أجل "الإفراط في فصل الشتاء" ويجب أن تكون هناك مواقع كافية للإسبات.

12. درجة الحرارة والرطوبة:

ينتج التسخين التفاضلي للغلاف الجوي الناتج عن الاختلاف في درجة الحرارة على سطح الأرض عددًا من الآثار البيئية ، بما في ذلك الرياح المحلية والتجارية والأعاصير والعواصف الأخرى ، ولكن الأهم من ذلك هو تحديد توزيع الهواطل.