12 Effetti più importanti della temperatura sugli organismi viventi

Effetti più importanti della temperatura sugli organismi viventi!

Si è scoperto che la temperatura influisce sugli organismi viventi in vari modi, ad esempio ha un ruolo significativo sulle cellule, la morfologia, la fisiologia, il comportamento, la crescita, lo sviluppo ontogenetico e la distribuzione di piante e animali.

Alcuni degli effetti ben studiati della temperatura sugli organismi viventi sono i seguenti:

1. Temperatura e cella:

Le temperature minima e massima hanno effetti letali sulle cellule e sui loro componenti. Se è troppo freddo, le proteine ​​cellulari possono essere distrutte quando il ghiaccio si forma, o quando l'acqua viene persa e gli elettroliti si concentrano nelle cellule; il calore coagula le proteine ​​(Lewis and Taylor, 1967).

2. Temperatura e metabolismo:

La maggior parte delle attività metaboliche di microbi, piante e animali sono regolate da vari tipi di enzimi e gli enzimi a loro volta sono influenzati dalla temperatura, di conseguenza l'aumento della temperatura, fino a un certo limite, provoca un aumento dell'attività enzimatica, con conseguente aumento del metabolismo.

Per esempio, l'attività dell'enzima di arginasi epatica sull'aminoacido di arginina si trova ad aumentare gradualmente e gradualmente, con l'aumento simultaneo della temperatura da 17 ° C a 48 ° C. Ma un aumento della temperatura oltre i 48 "C si trova ad avere un effetto negativo sul tasso metabolico di questa attività enzimatica che ritarda rapidamente.

Nelle piante, il tasso di assorbimento è ritardato a bassa temperatura. La fotosintesi funziona su una vasta gamma di temperature. La maggior parte delle alghe richiede un intervallo di temperatura più basso per la fotosintesi rispetto alle piante superiori. Il tasso di respirazione nelle piante, tuttavia, aumenta, con l'aumento della temperatura, ma oltre il limite ottimale l'alta temperatura diminuisce la frequenza respiratoria. Il tasso di respirazione diventa raddoppiato (come negli animali) con un aumento di 10 ° C al di sopra della temperatura ottimale, a condizione che altri fattori siano favorevoli (legge di Vant Hoff).

Tuttavia, la temperatura ottimale per la fotosintesi è inferiore a quella per la respirazione. Quando la temperatura scende al di sotto del minimo per la crescita, una pianta diventa dormiente anche se la respirazione e la fotosintesi possono continuare lentamente. Le basse temperature influenzano ulteriormente la pianta facendo precipitare la proteina in foglie e rami teneri e disidratando i tessuti.

3. Temperatura e riproduzione:

La maturazione delle gonadi, la gametogenesi e la liberazione dei gameti avviene a una temperatura specifica che varia da specie a specie. Ad esempio, alcune specie si riproducono uniformemente durante tutto l'anno, alcune solo in estate o in inverno, mentre alcune specie hanno due periodi di riproduzione, uno in primavera e altri in autunno. Quindi, la temperatura determina le stagioni riproduttive della maggior parte degli organismi.

La temperatura influenza anche la fecondità degli animali. La fecondità di un animale è definita come la sua capacità riproduttiva, cioè il numero totale di giovani nati durante la vita dell'animale. Ad esempio, le femmine dell'insetto, acridide Chrotogonus trachyplerus sono diventate sessualmente mature a 30 ° C e 35 ° C rispetto a 25 ° C, e il numero più alto di uova per femmina è stato deposto a temperature di 30 ° C. Il numero di uova è diminuito da 243 a 190 quando la temperatura è stata aumentata a 30-35 ° C (Grewal e Atwal, 1968).

Allo stesso modo, nelle specie di cavallette - Melanoplus sanguinipes e Camnula pellucida allevate a 32 ° C producono 20-30 volte più uova di quelle allevate a 22 ° C (vedi Ananthakrishan e Viswanathan, 1976). D'altra parte, la fecondità di alcuni insetticidi come il tonchio di cotone (Pempherulus affinis) è risultata declinare con un aumento della temperatura oltre 32, 8 ° C (A Jyar e Margabandhu, 1941).

4. Rapporto tra temperatura e sesso:

In alcuni animali la temperatura ambientale determina il rapporto tra i sessi delle specie. Ad esempio, il rapporto tra i sessi del copepode Maerocyclops albidu è risultato essere dipendente dalla temperatura. All'aumentare della temperatura, vi è un aumento significativo nel numero di maschi. Allo stesso modo nella pulce della peste, Xenopsylla cheopis, i maschi sono più numerosi delle femmine sui ratti, nei giorni in cui la temperatura media rimane tra 21-25 ° C. Ma la posizione diventa inversa nei giorni più freddi.

5. Temperatura e sviluppo ontogenetico:

La temperatura influenza la velocità e il successo dello sviluppo degli animali poikilothermici. In generale lo sviluppo completo di uova e larve è più rapido a temperature calde. Le uova di trota, per esempio, si sviluppano quattro volte più velocemente a 15 ° C che a 5 ° C. L'insetto chironomide vola Metriocnemus hirticollis, richiede 26 giorni a 20 ° C per lo sviluppo di una generazione completa, 94 giorni a 10 ° C, 153 giorni a 6, 5 ​​° C e 243 giorni a 20 ° C, (Andrewartha e Betulla, 1954).

Tuttavia, i semi di molte piante non germoglieranno e le uova e le pupe di alcuni insetti non si schiuderanno o si svilupperanno normalmente fino a quando non saranno raffreddati. La trota di ruscello cresce al meglio tra 13 ° C e 16 ° C, ma le uova si sviluppano meglio a 8 ° C. Nello scarabeo comune della foresta lo sviluppo di Pterostichus oblongopunctatus dall'uovo al coleottero maturo dura 82 giorni a 15 ° C, mentre a 25 ° C ci vogliono solo 46 giorni. Nel pino lappet, il tasso di sviluppo di Dendroliniuspini e la mortalità di vari stadi di sviluppo sono influenzate dalla temperatura.

6. Temperatura e crescita:

Anche i tassi di crescita di diversi animali e piante sono influenzati dalla temperatura. Ad esempio, le trote adulte non nutrono molto aiuto non crescono fino a quando l'acqua non è più calda di 10 ° C. Allo stesso modo, nell'ostrica Ostraea virginica, la lunghezza del corpo aumenta da 1, 4 mm a 10, 3 mm quando la temperatura aumenta da 10 ° C a 20 ° C. Il gasteropodo Urosalpinx cinerea e riccio di mare Echinus esculcntus mostrano la dimensione massima in acque più calde. I coralli prosperano bene in quelle acque che contengono acqua al di sotto dei 21 ° C.

7. Temperatura e colorazione:

Le dimensioni e la colorazione degli animali sono soggette ad influenza della temperatura. Nei climi caldi e umidi molti animali come insetti, uccelli e mammiferi hanno una pigmentazione più scura delle razze di alcune specie che si trovano in climi freddi e asciutti. Questo fenomeno è noto come regola di Gioger.

Nella rana Hyla e nel rospo cornuto Phrynosoma, le basse temperature sono state note per indurre l'oscuramento. Alcuni gamberetti (invertebrati di crostacei) diventano colorati con l'aumentare della temperatura. Il bastone da passeggio Carausius è noto per diventare nero a 15 ° C e marrone a 25 ° C.

8. Temperatura e morfologia:

La temperatura influenza anche la dimensione assoluta di un animale e le proprietà relative di varie parti del corpo (regola di Bergman). Uccelli e mammiferi, ad esempio, raggiungono dimensioni corporee maggiori quando si trovano in regioni fredde rispetto alle regioni calde e le regioni più fredde ospitano specie più grandi. Ma i poichilotermici tendono ad essere più piccoli nelle regioni più fredde.

La dimensione corporea ha avuto un ruolo significativo nell'adattamento a bassa temperatura perché ha influenzato il tasso di perdita di calore. Secondo Brown e Lee (1969), i ratti di legno più grandi hanno un vantaggio selettivo nei climi freddi, apparentemente perché il loro rapporto superficie-aria e un maggiore isolamento permettono loro di conservare il calore del metabolismo. Per motivi opposti, gli animali di piccola taglia sono favoriti nei deserti.

Le estremità dei mammiferi come la coda, il muso, le orecchie e le zampe sono relativamente più corte nelle parti più fredde che nelle parti più calde (regola di Allen). Ad esempio, vi è una differenza nella dimensione delle orecchie della volpe artica (Alopex lagopus), della volpe rossa (Vulpes Vulpes) e della volpe del deserto (Megalotis zerda) (Fig. 11.17).

Poiché il calore è perso attraverso la superficie, le piccole orecchie della volpe artica aiutano a conservare il calore; mentre le grandi orecchie della volpe del deserto aiutano nella perdita di calore e nell'evaporazione. Allo stesso modo, Gazella picticanda dell'Himalaya ha zampe, orecchie e coda più corte rispetto ai benetti di Gazella trovati nelle pianure dell'Himalaya, sebbene entrambi abbiano la stessa dimensione corporea.

Allo stesso modo, gli eschimesi hanno braccia e gambe più corte in proporzione alle loro dimensioni del tronco, che è comparativamente più grande rispetto a qualsiasi altro gruppo contemporaneo. I topi allevati a 31 ° C e 33, 5 ° C hanno code più lunghe di quelle dello stesso ceppo allevato tra 15, 5 ° C e 20 ° C. Tutti questi esempi della regola di Allen mostrano chiaramente il significato adattativo delle estremità corte nel ridurre la perdita di calore dal corpo in climi freddi.

Le razze di uccelli con ali relativamente strette e più acuminate tendono a verificarsi nelle regioni più fredde, mentre quelle nei climi più caldi tendono ad essere più ampie (regola di Rensch). La temperatura influenza anche la morfologia di alcuni pesci e si trova che ha qualche relazione con il numero di vertebre (la regola di Jordon). Il merluzzo che si schiude dal New Foundland ad una temperatura tra i 4 ° e gli 8 ° C ha 58 vertebre, mentre quello si schiude a est di Nantucket ad una temperatura tra 10 ° e 11 ° C ha 54 vertebre.

Capi di volpe artica (Alopex lagnpus), volpe rossa (Vulpes Vulpes) e volpe del deserto (zerda di Megalot) mostrano una gradazione in dimensioni di orecchie e illustrano la regola di Allen (dopo Clark, 1954).

9. Temperatura e ciclomorfosi:

La relazione tra i cambiamenti stagionali di temperatura e forma corporea si manifesta in un fenomeno notevole chiamato ciclomorfosi esibita da alcuni cladoceri come la Daphnia durante i caldi mesi estivi (Figura 1118). Questi crostacei mostrano una sorprendente variazione nelle dimensioni del loro casco o proiezione della testa tra il mese invernale ed estivo (Coker, 1931).

Il casco si sviluppa sulla testa Daphnia in primavera; raggiunge la sua massima dimensione in estate e scompare del tutto in inverno per fornire al solito forma rotonda alla testa. Un tale tipo di ciclomorfosi in termini di dimensioni del casco mostra chiaramente una correlazione con il grado di calore delle diverse stagioni.

Questi prolungamenti dell'elmetto sono stati interpretati come un adattamento che aiuta la flottazione poiché la spinta idrostatica dell'acqua diminuisce all'aumentare della temperatura (l'ipotesi di galleggiabilità). Secondo un'altra interpretazione (cioè, ipotesi di stabilità), il casco agisce come il timone e conferisce maggiore stabilità all'animale. Oltre alla temperatura, tale polimorfismo strutturale può essere causato da altri fattori ambientali incluso il cibo.

10. Temperatura e comportamento animale:

La temperatura influenza generalmente il modello comportamentale degli animali. Nelle acque temperate l'influenza della temperatura sul comportamento dei trivellatori è profonda. Ad esempio, nei mesi invernali in generale, sia la Martesia che il Teredo si presentano in numero minore rispetto alla Bankia campanulaia la cui intensità di attacco è massima durante i mesi invernali.

Inoltre, il vantaggio ottenuto da certi animali a sangue freddo attraverso la termotassi o l'orientamento verso una fonte di calore sono piuttosto interessanti. Le zecche individuano i loro ospiti di sangue caldo da una reazione di svolta al calore dei loro corpi. Alcuni serpenti come il serpente a sonagli, le teste di rame e le vipere dei pozzi sono in grado di rilevare mammiferi e uccelli dal loro calore corporeo che rimane leggermente più caldo rispetto all'ambiente circostante.

Anche nell'oscurità questi serpenti colpiscono la loro preda con una precisione snervante, a causa delle radiazioni di calore provenienti dalla preda. L'arrivo del freddo nelle zone temperate fa sì che i serpenti si avvolgano e si stringano insieme.

Ciclomorfosi in Daphnia cucullata a causa di cambiamenti stagionali di temperatura (dopo Clarke, 1954).

11. Temperatura e distribuzione degli animali:

Poiché la temperatura ottimale per il completamento delle varie fasi del ciclo di vita di molti organismi varia, la temperatura impone una restrizione sulla distribuzione delle specie. Generalmente la gamma di molte specie è limitata dalla più bassa temperatura critica nella fase più vulnerabile del suo ciclo di vita, di solito, la fase riproduttiva. Sebbene l'astice dell'Atlantico vivrà in acqua con un intervallo di temperatura compreso tra 0 ° e 17 ° C, si riprodurrà solo in acque più calde di 11 ° C.

L'aragosta può vivere e crescere nell'acqua più fredda, ma una popolazione riproduttiva non si stabilisce mai lì. Non solo la temperatura influisce sulla riproduzione nella distribuzione geografica, ma anche gli effetti della temperatura sulla sopravvivenza (cioè l'effetto letale della temperatura), l'alimentazione e altre attività biologiche sono responsabili nella distribuzione geografica degli animali.

Come notato in precedenza in questo articolo, gli animali provenienti da regioni geografiche più fredde sono generalmente meno tolleranti al calore e più tolleranti al freddo di quegli animali provenienti dalle regioni più calde; per esempio, membro di Aurelia, una medusa della Nuova Scozia muore a una temperatura dell'acqua di 29-30 ° C, mentre l'Aurelia della Florida può tollerare temperature fino a 38, 5 ° C. Pertanto, il limite letale di temperatura può regolare l'intervallo di distribuzione di Aurelia.

In generale, la distribuzione di specie marine di acque poco profonde può essere assegnata a quattro tipi di zonazione. Nel primo tipo, la distribuzione verso nord dipende dai limiti termici letali durante i mesi invernali e la distribuzione del sud dipende dai limiti di temperatura estiva. In un secondo tipo, i limiti termici richiesti per la popolazione determinano la distribuzione da nord a sud.

Nel terzo tipo di zonazione, i requisiti termici per la detersione del ripopolamento
estrai l'habitat poleward in estate e la temperatura massima determina l'area di sopravvivenza equatoriale. Infine, la temperatura minima per la sopravvivenza determina il limite di poleward in inverno e le temperature che limitano il ripopolamento determinano il range verso sud.

Gli invertebrati terrestri, in particolare gli artropodi, sono generalmente distribuiti in tutti gli ambienti termali in cui si trova la vita. Molti artropodi che hanno invaso le aree più fredde hanno uno stadio nel loro ciclo vitale che è molto resistente al freddo, consentendo loro di svernare fino a quando non si verifica un clima più caldo (Salt, 1964). Uccelli e mammiferi si adattano anche a vivere in quasi tutti gli ambienti termali.

La distribuzione di anfibi e rettili, tuttavia, è limitata ai climi termici relativamente più caldi. Mock (1964) ha elencato tre fattori che limitano l'invasione dei rettili in ambienti freddi: la temperatura ambientale giornaliera deve essere abbastanza alta da permettere l'attività, la temperatura ambientale giornaliera deve essere abbastanza alta e lunga abbastanza da consentire l'allevamento e permettere adulti e giovani acquisire cibo per "svernare" e ci devono essere siti adeguati per il letargo.

12. Temperatura e umidità:

Il riscaldamento differenziale dell'atmosfera derivante dalla variazione di temperatura sulla superficie terrestre produce una serie di effetti ecologici, tra cui venti locali e alisei e uragani e altre tempeste, ma soprattutto determina la distribuzione delle precipitazioni.