12 Wichtigste Auswirkungen der Temperatur auf lebende Organismen

Wichtigste Auswirkungen der Temperatur auf lebende Organismen!

Es hat sich herausgestellt, dass die Temperatur die lebenden Organismen auf verschiedene Weise beeinflusst, z. B. hat sie eine bedeutende Rolle bei den Zellen, der Morphologie, der Physiologie, dem Verhalten, dem Wachstum, der ontogenetischen Entwicklung und der Verteilung von Pflanzen und Tieren.

Einige der gut untersuchten Auswirkungen der Temperatur auf lebende Organismen sind folgende:

1. Temperatur und Zelle:

Die minimalen und maximalen Temperaturen wirken sich tödlich auf die Zellen und ihre Bestandteile aus. Wenn es zu kalt ist, können Zellproteine ​​durch Eisformen zerstört werden oder wenn Wasser verloren geht und sich Elektrolyte in den Zellen konzentrieren. Hitze koaguliert Proteine ​​(Lewis und Taylor, 1967).

2. Temperatur und Stoffwechsel:

Die meisten Stoffwechselaktivitäten von Mikroben, Pflanzen und Tieren werden durch verschiedene Arten von Enzymen reguliert, und Enzyme werden wiederum durch die Temperatur beeinflusst. Die Temperaturerhöhung bis zu einer bestimmten Grenze führt zu einer erhöhten enzymatischen Aktivität, was zu einer erhöhten Metabolismusrate führt.

Beispielsweise wird festgestellt, dass die Aktivität des Leber-Arginase-Enzyms auf Arginin-Aminosäure allmählich und allmählich zunimmt, wobei gleichzeitig die Temperatur von 17 ° C auf 48 ° C steigt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Temperaturanstieg über 48 ° C die Stoffwechselrate dieser enzymatischen Aktivität beeinträchtigt, was sich schnell verlangsamt.

In Pflanzen wird die Absorptionsrate bei niedriger Temperatur verzögert. Die Photosynthese arbeitet in einem weiten Temperaturbereich. Die meisten Algen benötigen einen niedrigeren Temperaturbereich für die Photosynthese als die höheren Pflanzen. Die Atmungsrate in Pflanzen steigt jedoch mit dem Temperaturanstieg an, aber über die optimale Grenze hinaus senkt eine hohe Temperatur die Atmungsrate. Die Atmungsrate verdoppelt sich (wie bei Tieren) bei einem Anstieg von 10 ° C über die optimale Temperatur, vorausgesetzt, dass andere Faktoren günstig sind (Vant-Hoff-Gesetz).

Die optimale Temperatur für die Photosynthese ist jedoch niedriger als für die Atmung. Wenn die Temperatur unter das Wachstumsminimum fällt, wird eine Pflanze inaktiv, obwohl die Atmung und die Photosynthese langsam fortschreiten können. Niedrige Temperaturen wirken sich weiter auf die Pflanze aus, indem sie das Protein in Blättern und zarten Zweigen ausfällen und das Gewebe dehydrieren.

3. Temperatur und Reproduktion:

Die Reifung von Gonaden, Gametogenese und Lib.-Rate von Gameten findet bei einer spezifischen Temperatur statt, die von Spezies zu Spezies variiert. Zum Beispiel brüten einige Arten das ganze Jahr über gleichmäßig, einige nur im Sommer oder im Winter, während einige Arten zwei Brutperioden haben, eine im Frühling und eine andere im Herbst. Die Temperatur bestimmt also die Brutzeit der meisten Organismen.

Die Temperatur beeinflusst auch die Fruchtbarkeit von Tieren. Fruchtbarkeit eines Tieres ist definiert als seine Fortpflanzungsfähigkeit, dh die Gesamtzahl der Jungen, die während der Lebensdauer des Tieres geboren werden. Zum Beispiel wurden die Weibchen des Insekts Chridogonus trachyplerus bei 30 ° C und 35 ° C geschlechtsreif als bei 25 ° C, und die höchste Anzahl an Eiern pro Weibchen wurde bei Temperaturen von 30 ° C gelegt. Die Anzahl der Eier nahm von 243 auf 190 ab, als die Temperatur auf 30 bis 35 ° C erhöht wurde (Grewal und Atwal, 1968).

Ebenso produzieren bei Heuschreckenarten - Melanoplus sanguinipes und Camnula pellucida, wenn sie bei 32 ° C aufgezogen werden, 20–30-mal so viele Eier wie bei 22 ° C aufgezogene Eier (siehe Ananthakrishan und Viswanathan, 1976). Auf der anderen Seite wurde festgestellt, dass die Fruchtbarkeit bestimmter Inseets wie der Baumstammkäfer (Pempherulus affinis) mit einem Temperaturanstieg von über 32, 8 ° C abnahm (A Jyar und Margabandhu, 1941).

4. Temperatur und Geschlechterverhältnis:

Bei bestimmten Tieren bestimmt die Umgebungstemperatur das Geschlechterverhältnis der Art. Zum Beispiel ist das Geschlechterverhältnis der Copepode Maerocyclops albidu temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur steigt die Anzahl der Männer signifikant an. In ähnlicher Weise waren beim Pestfloh Xenopsylla cheopis Männer an Ratten an Tagen, an denen die mittlere Temperatur zwischen 21 und 25 ° C liegt, die Anzahl der weiblichen Tiere überlegen. An kühleren Tagen wird die Position umgekehrt.

5. Temperatur- und ontogenetische Entwicklung:

Die Temperatur beeinflusst die Geschwindigkeit und den Erfolg der Entwicklung von poikilothermischen Tieren. Im Allgemeinen ist die vollständige Entwicklung von Eiern und Larven bei warmen Temperaturen schneller. Forelleneier entwickeln sich beispielsweise bei 15 ° C viermal schneller als bei 5 ° C. Das Insekt, Chironomid fly Metriocnemus hirticollis, benötigt 26 Tage bei 20 ° C für die Entwicklung einer vollen Generation, 94 Tage bei 10 ° C, 153 Tage bei 6, 5 ° C und 243 Tage bei 20 ° C (Andrewartha und Birch, 1954).

Die Samen vieler Pflanzen keimen jedoch nicht und die Eier und Puppen einiger Insekten schlüpfen oder entwickeln sich normalerweise nicht, bis sie gekühlt werden. Bachforellen wachsen am besten bei 13 ° C bis 16 ° C, aber die Eier entwickeln sich am besten bei 8 ° C. Bei dem gemeinen Waldkäfer Pterostichus oblongopunctatus dauert die Entwicklung vom Ei zum reifen Käfer 82 Tage bei 15 ° C, bei 25 ° C jedoch nur 46 Tage. In der Kiefernleiste werden die Dendroliniuspini-Entwicklungsrate und die Mortalität verschiedener Entwicklungsstadien durch die Temperatur beeinflusst.

6. Temperatur und Wachstum:

Die Wachstumsraten verschiedener Tiere und Pflanzen werden auch von der Temperatur beeinflusst. Zum Beispiel füttern die Forellen für Erwachsene nicht viel. Sie wachsen erst, wenn das Wasser wärmer als 10 ° C ist. In ähnlicher Weise nimmt die Länge des Körpers der Austern Ostraea virginica von 1, 4 mm auf 10, 3 mm zu, wenn die Temperatur von 10 ° C auf 20 ° C erhöht wird. Die Gastropode Urosalpinx cinerea und der Seeigel Echinus esculcntus zeigen in wärmeren Gewässern maximale Größe. Korallen gedeihen gut in Gewässern, die Wasser unter 21 ° C enthalten.

7. Temperatur und Färbung:

Die Größe und Färbung der Tiere wird durch die Temperatur beeinflusst. In warmen, feuchten Klimazonen tragen viele Tiere wie Insekten, Vögel und Säugetiere eine dunkle Pigmentierung als die Rassen einiger Arten, die in kühlen und trockenen Klimazonen anzutreffen sind. Dieses Phänomen ist als Gioger-Regel bekannt.

Im Frosch Hyla und der gehörnten Kröte Phrynosoma ist bekannt, dass niedrige Temperaturen eine Verdunkelung induzieren. Einige Garnelen (wirbellose Krebstiere) färben sich mit zunehmender Temperatur hell. Es ist bekannt, dass der Gehstock Carausius bei 15 ° C schwarz und bei 25 ° C braun wurde.

8. Temperatur und Morphologie:

Die Temperatur beeinflusst auch die absolute Größe eines Tieres und die relativen Eigenschaften verschiedener Körperteile (Bergmansche Regel). Beispielsweise erreichen Vögel und Säugetiere in kalten Regionen eine größere Körpergröße als in warmen Regionen und kältere Regionen beherbergen größere Arten. In kälteren Regionen sind Poikilothermen jedoch tendenziell kleiner.

Die Körpergröße hat bei der Anpassung an niedrige Temperaturen eine bedeutende Rolle gespielt, da sie die Wärmeverluste beeinflusst. Laut Brown und Lee (1969) haben größere Holzratten in kalten Klimazonen einen selektiven Vorteil, offenbar, weil das Verhältnis von Oberfläche zu Luft und die größere Isolation es ihnen ermöglichen, Stoffwechselwärme zu sparen. Aus entgegengesetzten Gründen werden in Wüsten kleine Tiere bevorzugt.

Die Extremitäten von Säugetieren wie Schwanz, Schnauze, Ohren und Beine sind in kälteren Teilen relativ kürzer als in den wärmeren Teilen (Allen-Regel). Zum Beispiel gibt es Unterschiede in der Größe der Ohren des Polarfuchses (Alopex Lagopus), des Rotfuchses (Vulpes Vulpes) und des Wüstenfuchses (Megalotis zerda) (Abb. 11.17).

Da durch die Oberfläche Wärme verloren geht, tragen die kleinen Ohren des Polarfuchses dazu bei, die Wärme zu erhalten. Große Ohren des Wüstenfuchs helfen dabei, den Wärmeverlust und die Verdunstung zu reduzieren. In ähnlicher Weise hat Gazella picticanda des Himalayas kürzere Beine, Ohren und Schwanz als Gazella benetti in den Ebenen des Himalayas, obwohl beide die gleiche Körpergröße haben.

Ebenso haben Eskimos kürzere Arme und Beine im Verhältnis zu ihrer Rumpfgröße, die vergleichsweise größer ist als in jeder anderen zeitgenössischen Gruppe. Die Mäuse, die bei 31 ° C bis 33, 5 ° C aufgezogen wurden, haben längere Schwänze als diejenigen der gleichen Sorte, die bei 15, 5 ° C bis 20 ° C aufgezogen wurden. Alle diese Beispiele der Allen-Regel zeigen deutlich die adaptive Bedeutung kurzer Extremitäten bei der Verringerung des Wärmeverlustes des Körpers in kaltem Klima.

Die Rassen von Vögeln mit relativ schmaleren und kupferartigeren Flügeln neigen dazu, in kälteren Regionen vorzukommen, während die in wärmeren Klimazonen tendenziell breiter sind (Renschsche Regel). Die Temperatur beeinflusst auch die Morphologie bestimmter Fische und steht in einem gewissen Zusammenhang mit der Anzahl der Wirbel (Jordonsche Regel). Kabeljau, der New Foundland bei einer Temperatur zwischen 4 ° und 8 ° C ausbrütet, hat 58 Wirbel, während der Östlich von Nantucket bei einer Temperatur zwischen 10 ° und 11 ° C ausbrütet. 54 Wirbel.

Die Köpfe des Polarfuchses (Alopex lagnpus), des Rotfuchses (Vulpes Vulpes) und des Wüstenfuchses (Megalots Zerda) zeigen die Abstufung der Ohrengröße und veranschaulichen die Allen-Regel (nach Clark, 1954).

9. Temperatur und Zyklomorphose:

Die Beziehung zwischen saisonalen Temperatur- und Körperänderungen äußert sich in einem bemerkenswerten Phänomen, das als Cyclomorphose bezeichnet wird und von einigen Cladoceranen wie Daphnia während der warmen Sommermonate gezeigt wird (Abb. 1118). Diese Krebstiere zeigen zwischen Winter- und Sommermonat eine bemerkenswerte Variation in der Größe ihrer Helm- oder Kopfprojektion (Coker, 1931).

Der Helm entwickelt sich im Frühling auf dem Daphnia-Kopf; Er erreicht im Sommer seine maximale Größe und verschwindet im Winter ganz, um dem Kopf eine gewöhnliche runde Form zu geben. Eine solche Zyklomorphose in Bezug auf die Größe des Helms zeigt eindeutig einen Zusammenhang mit dem Wärmegrad der verschiedenen Jahreszeiten.

Diese Verlängerungen des Helms wurden als anpassungsfördernde Flotation interpretiert, da der Auftrieb des Wassers mit steigender Temperatur abnimmt (die Auftriebshypothese). Gemäß einer anderen Interpretation (dh Stabilitätshypothese) wirkt der Helm wie das Ruder und verleiht dem Tier mehr Stabilität. Neben der Temperatur kann ein solcher struktureller Polymorphismus durch andere Umweltfaktoren verursacht werden, einschließlich der Lebensmittel.

10. Temperatur und Tierverhalten:

Die Temperatur beeinflusst im Allgemeinen das Verhaltensmuster von Tieren. In gemäßigten Gewässern ist der Einfluss der Temperatur auf das Verhalten von Holzbohrern tiefgreifend. Zum Beispiel treten in den Wintermonaten im Allgemeinen sowohl Martesia als auch Teredo im Vergleich zu Bankia campanulaia in geringerer Anzahl auf, deren Angriffsstärke in den Wintermonaten maximal ist.

Außerdem sind die Vorteile, die bestimmte kaltblütige Tiere durch Thermotaxis oder die Ausrichtung auf eine Wärmequelle erzielen, recht interessant. Zecken lokalisieren ihre warmen Blutwirte durch eine Reaktion auf die Hitze ihres Körpers. Bestimmte Schlangen wie Rasseln, Kupferköpfe und Grubenotter können Säugetiere und Vögel anhand ihrer Körperwärme erkennen, die etwas wärmer als die Umgebung bleibt.

Selbst im Dunkeln treffen diese Schlangen mit einer beunruhigenden Genauigkeit auf ihre Beute, und zwar aufgrund der Wärmestrahlung der Beute. Die Ankunft von kaltem Wetter in gemäßigten Zonen führt dazu, dass sich die Schlangen zusammenrollen.

Cyclomorphosis in Daphnia cucullata aufgrund saisonaler Temperaturänderungen (nach Clarke, 1954).

11. Temperatur und Tierverteilung:

Da die optimale Temperatur für den Abschluss der verschiedenen Stadien des Lebenszyklus vieler Organismen variiert, führt die Temperatur zu einer Einschränkung der Artenverteilung. Im Allgemeinen ist der Bereich vieler Arten durch die niedrigste kritische Temperatur im anfälligsten Stadium ihres Lebenszyklus, normalerweise im Reproduktionsstadium, begrenzt. Obwohl der Atlantische Hummer in einem Temperaturbereich von 0 ° bis 17 ° C lebt, brütet er nur in Wasser, das wärmer als 11 ° C ist.

Der Hummer kann in kälterem Wasser leben und wachsen, aber eine Brutpopulation wird sich dort nie etablieren. Nicht nur die Temperatur beeinflusst die Zucht in der geographischen Verteilung, sondern auch die Temperatur beeinflusst die Überlebenszeit (dh die tödliche Wirkung der Temperatur), die Fütterung und andere biologische Aktivitäten sind für die geographische Verteilung der Tiere verantwortlich.

Wie zuvor in diesem Artikel erwähnt, sind Tiere aus kälteren geographischen Regionen im Allgemeinen weniger hitzetolerant und kältetoleranter als Tiere aus wärmeren Regionen. Als Mitglied von Aurelia stirbt beispielsweise ein Quallenfisch aus Neuschottland bei einer Wassertemperatur von 29 bis 30 ° C, während Aurelia aus Florida Temperaturen bis zu 38, 5 ° C verträgt. Daher kann eine letale Temperaturgrenze den Verteilungsbereich von Aurelia regulieren.

Im Allgemeinen kann die Verteilung von Meerwasserarten mit flachem Wasser vier Arten von Zonen zugeordnet werden. Beim ersten Typ ist die Nordverteilung in den Wintermonaten von den thermisch tödlichen Grenzwerten abhängig und die Südverteilung von den sommerlichen Temperaturgrenzen. In einem zweiten Typ bestimmen die thermischen Grenzen, die für die Bevölkerung erforderlich sind, die Nord-Süd-Verteilung.

Bei der dritten Zonierungsart schrecken die thermischen Anforderungen für die Wiederbesiedelung ab
Im Sommer wird der polnische Lebensraum abgebaut, und die maximale Temperatur bestimmt den Überlebensbereich in Äquatornähe. Schließlich bestimmt die Mindesttemperatur für das Überleben die Grenzgrenze im Winter, und Temperaturen, die die Wiederbesiedlung begrenzen, bestimmen den südlichen Bereich.

Landwirbellose Tiere, insbesondere Arthropoden, sind im Allgemeinen in allen thermischen Umgebungen verbreitet, in denen Leben vorkommt. Viele Arthropoden, die in die kälteren Gebiete eingedrungen sind, haben eine Phase in ihrem Lebenszyklus, die sehr widerstandsfähig gegen Kälte ist, sodass sie überwintern können, bis es wieder wärmer wird (Salt, 1964). Vögel und Säugetiere können auch in fast allen thermischen Umgebungen leben.

Die Verteilung von Amphibien und Reptilien ist jedoch auf das relativ wärmere Temperaturklima beschränkt. Mock (1964) hat drei Faktoren aufgeführt, die die Invasion von Reptilien in kalte Umgebungen einschränken: Die tägliche Umgebungstemperatur muss hoch genug sein, um Aktivität zu ermöglichen, die tägliche Umgebungstemperatur muss hoch und lang genug sein, um die Zucht zu ermöglichen und Erwachsene und Jugendliche zuzulassen um Nahrungsmittel für „Überwintern“ zu erwerben, und es müssen geeignete Standorte für den Winterschlaf vorhanden sein.

12. Temperatur und Feuchtigkeit:

Die unterschiedliche Erwärmung der Atmosphäre, die sich aus Temperaturschwankungen über der Erdoberfläche ergibt, hat eine Reihe von ökologischen Auswirkungen, einschließlich lokaler und Passatwinde und Wirbelstürme und anderer Stürme, bestimmt aber vor allem die Verteilung des Niederschlags.