Как реагирует наше тело на перегрев, переохлаждение, голод и еще 5 экстремальных ситуаций

Классификация экологических факторов

Сегодня, мы поговорим об абиотических факторах, которые действуют на живые организмы в экосистемах (схема 1). 

Схема 1. Факторы среды

Абиотические факторы – факторы неживой природы.

Например, температура, влажность и освещённость.

Биотические факторы – это факторы живой природы.

Например, активность хищников или работа азотфиксирующих бактерий.

Биотические и абиотические факторы очень тесно связаны. Например, разрастание древесной формы способствует снижению освещенности (см. видео).

Антропогенные факторы – явления и процессы, которые определяются человеческой деятельностью.

К важнейшим абиотическим факторам относятся: температура, влажность, освещенность, химический состав среды.

Тело человека реагирует на экстремальные условия с помощью сложных физиологических механизмов. При перегреве активируется потоотделение, что помогает охладить кожу, однако при длительном воздействии высоких температур может возникнуть тепловой удар. Переохлаждение, в свою очередь, приводит к сужению сосудов и снижению обмена веществ, что может вызвать гипотермию. Голод вызывает активацию резервов организма, при этом замедляется метаболизм и начинается расщепление жировых запасов.

В условиях стресса, например, при травмах, выделяются гормоны стресса, которые помогают организму справиться с болью. Высокие физические нагрузки приводят к накоплению молочной кислоты, вызывая усталость и болезненность мышц. При недостатке кислорода, например, на высоте, организм начинает использовать анаэробные процессы, что также может вызвать головокружение и усталость. Наконец, при обезвоживании нарушается баланс электролитов, что может привести к судорогам и другим серьезным последствиям. Все эти реакции подчеркивают важность поддержания гомеостаза для здоровья человека.

Как жизненные кризисы влияют на наше тело / Андрей Минченков // Нам надо поговорить

Освещенность

Следующий важный для живых организмов фактор – освещенность. На живых существ оказывает влияние длина световой волны воспринимаемого излучения, длительность излучения и интенсивность излучения.

Освещение необходимо растениям, потому что от него зависит световая фаза процесса фотосинтеза.

У животных освещенность определяет способность видеть (на свету или в темноте), нагревание поверхности тела, ряд важных биохимических и физиологических реакций, связанных с суточным циклом.

Смена светлого и темного периода суток – периодизм – определяет суточную активность животных и растений (см. видео).

В зависимости от времени активности, выделяют животных с ночным, дневным и сумеречным образом жизни.

Помимо суточных, есть более крупные циклы, например сезонные или годовые.

Классификация организмов по отношению к свету

Солнечный свет, который попадает на Землю можно разделить на три фракции:

Видимый свет – важен при дневном образе жизни, регулирует биохимические и физиологические процессы.

Инфракрасный свет – определяет нагрев поверхности организмов.

Ультрафиолетовый свет – определяет радиационно-зависимые процессы, убивает микроорганизмы, повреждает ферментные системы. 

Как вы видели выше, живые существа можно разделить на группы по отношению к свету. Более выражено это разделение у растений (см. видео). Выделяют три группы видов по отношению к освещенности:

Светолюбивыерастения растут на открытых пространствах, в условиях избытка прямого солнечного света.

Тенелюбивые растения предпочитают тенистые местообитания.

Теневыносливыерастения живут и в хорошо, и в слабо освещённых местах. 

Конечности птиц, как вы знаете, плохо защищены от холода. Другие теплокровные организмы не могут себе это позволить, поскольку охлаждение крови в ногах, вредит внутренним органам, к которым поступает охлажденная в ногах кровь. Но птицы приспособились, с одной стороны, не обогревать конечности, а с другой сохранять температуру крови, омывающей внутренние органы.

В ногах птиц артерии и вены контактируют непосредственно, в результате теплая кровь, согреваясь в артериях, охлаждает венозную кровь, направляющуюся к сердцу. Так как температура крови в ногах и теле отличается на десятки градусов, то на это не тратится дополнительная энергия (см. видео).

Жизнь в кипятке

Известно, что при температуре свыше +60оС белки денатурируют и организмы погибают. На этом феномене основан промышленный процесс пастеризации. Но недавно были обнаружены уникальные сообщества живых существ, живущие в желобах подводных гейзеров при температуре свыше +100оС (рис. 2). 

Оказалось, что их белки сохраняют свою четвертичную структуру, то есть не денатурируют при высокой температуре. Уникальная последовательность таких неденатурирующих белков была выработана на протяжении многих веков эволюции в горячих источниках. 

Рис. 2. Подводные сообщества термофильных организмов

Разноцветные водоросли

Различие окраски водорослей объясняется их приспособленностью к использованию в процессе фотосинтеза света из разных частей светового спектра.

Спектральные компоненты проникают в толщу воды на разную глубину, красные лучи проходят только верхние слои, а синие попадают значительно глубже. Для функционирования хлорофилла, необходимо излучение красной и синей части спектра (рис. 3).

В связи с этим, зеленые водоросли встречаются обычно только на глубинах в несколько метров.

Наличие пигмента, осуществляющего фотосинтез при желто-зеленом свете, позволяет бурым водорослям жить на глубинах до 200 м. 

Пигменты красных водорослей используют зеленый и синий свет, поэтому красные водоросли населяют глубины до 270 м.

Рис. 3. Распределение водорослей в толще воды в связи с наличием разных фотосинтетических пигментов. Зеленые водоросли живут у поверхности до 10 м глубины, бурые – на глубине до 200 м, а красные – на глубине 270 м и более.

Таким образом, вы познакомились с абиотическими факторами среды – температурой и освещенностью, а также с их значением в жизни живых существ.

Список литературы

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Eco-mir.ru (Источник).
2. Bioword.narod.ru (Источник).
3. Sbio.info (Источник).
4. Bio.fizteh.ru (Источник).
5. Bioenc.ru (Источник).
6. Biologiya-uroki.ru (Источник).

Домашнее задание

1. Какие факторы, действующие на живых существ, вам известны? Какие классификации факторов существуют?
2. Каковы температурные границы жизни? С чем они связаны?
3. Какие приспособления возникли у животных и растений для борьбы с переохлаждением и перегревом?
4. Как освещенность влияет на фотосинтезирующие организмы?
5. Как состав фотосинтетических пигментов водорослей связан с их распространением?
6. Возможна ли жизнь в кипятке? Какие приспособления необходимы для этого?
7. Обсудите с друзьями, как можно использовать знания о влиянии абиотических факторов на живые организмы на практике.

Наше тело удивительно адаптируется к экстремальным условиям, и реакции на перегрев, переохлаждение и голод — яркое тому подтверждение. При перегреве мы потеем, чтобы охладить кожу, но если температура слишком высока, это может привести к тепловому удару. В условиях переохлаждения организм начинает дрожать, чтобы генерировать тепло, а в тяжелых случаях может возникнуть гипотермия, угрожающая жизни. Голод вызывает чувство усталости и раздражительности, так как уровень сахара в крови падает.

Кроме того, стресс активирует «бой или бегство», увеличивая сердечный ритм и уровень адреналина. При обезвоживании мы чувствуем жажду и усталость, а в условиях высокогорья может возникнуть горная болезнь. В ситуации нехватки кислорода организм начинает дышать чаще, чтобы компенсировать дефицит. Каждая из этих реакций — это защитный механизм, позволяющий нам выжить в сложных условиях, подчеркивающий невероятную способность нашего тела адаптироваться и справляться с вызовами.

https://youtube.com/watch?v=3Ow6uEFY-WI

Влияние Солнца на растения

Можно выделить следующее влияние солнечной активности на растения:

• прямое;
• опосредствованное.

Типичным примером прямого влияния является фотосинтез. Без солнечного света он невозможен. Солнечный свет является одним из наиболее важных для жизни растений экологических показателей.  Лучистая энергия Солнца действует на клетки растения непосредственно.

Примером опосредствованного влияния является зависимость толщины годичного прироста деревьев от солнечной активности. В данном случае, по мнению учёных, космические факторы изменяют атмосферную циркуляцию (количество осадков и температуру воздуха), что приводит к изменению климата, а эти изменения, в свою очередь, влияют на развитие растений. Мы же видим только конечный результат — толщину годичного кольца данного дерева.

Исследования показали, что при минимальной активности Солнца растения развиваются быстрее. Во всех изменениях годичных колец различных деревьев выявляется определенная их зависимость от солнечной активности.

Кроме того, 11-летний цикл солнечной активности сопровождается таким же по продолжительности циклом магнитной активности, а изменение магнитного поля (в этом проявляется магнитная активность) оказывает влияние на развитие и структуру растений.

Растения используют солнечный свет как источник информации. Так, соотношение продолжительности ночного и дневного периода служит для большинства растительных организмов ориентиром в этапах их развития (начало вегетации, цветения, периода покоя и т. п.). Такая реакция растений на длину дня и ночи, известная как фотопериодизм, и позволяет  выбирать наиболее оптимальное время для осуществления каждой фазы своей жизнедеятельности.

Мезофилы

Особи и сообщества, предпочитающие средние температуры (от +10 до +30оС), называют мезофилами. Мы с вами и многие другие существа на Земле – мезофилы.

Животные выработали приспособления для борьбы с переохлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние покоя (анабиоз).

Интенсивность обмена веществ в анабиозе уменьшается. При подготовке к зиме в тканях этих животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетках уменьшается, в цитоплазме клеток накапливаются сахара и глицерин, препятствующий замерзанию. Морозостойкость зимующих организмов увеличивается. 

В жаркое время года, наоборот, включается физиологические механизмы, защищающие организм от перегрева. У растений увеличивается испарение с поверхности и транспирация воды через устьица, при этом поверхность листьев охлаждается. У животных увеличивается интенсивность испарения через потовые железы.

Что нужно знать про переохлаждение

Вопрос-ответ

Каковы основные симптомы перегрева организма?

При перегреве организма могут проявляться такие симптомы, как головная боль, тошнота, головокружение, повышенная потливость, учащенное сердцебиение и даже потеря сознания. Важно немедленно принять меры для охлаждения тела, чтобы избежать серьезных последствий, таких как тепловой удар.

Что происходит с организмом при переохлаждении?

При переохлаждении тело начинает терять тепло быстрее, чем оно может его производить. Это может привести к снижению температуры тела, что вызывает дрожь, замедление сердечного ритма, путаницу и в тяжелых случаях — к потере сознания. Важно быстро согреть пострадавшего, чтобы предотвратить серьезные осложнения.

Как голод влияет на психическое состояние человека?

Голод может значительно ухудшить психическое состояние, вызывая раздражительность, тревожность и трудности с концентрацией. Длительное голодание может привести к снижению когнитивных функций и даже к депрессии, так как мозг нуждается в глюкозе для нормальной работы.

Советы

СОВЕТ №1

При перегреве старайтесь находиться в тени или в прохладном помещении. Пейте много воды, чтобы избежать обезвоживания, и носите легкую, свободную одежду, чтобы помочь телу остыть.

СОВЕТ №2

В случае переохлаждения важно немедленно переместиться в теплое место. Используйте слои одежды и горячие напитки, чтобы постепенно поднять температуру тела, избегая резкого нагрева, который может быть опасен.

СОВЕТ №3

При голоде старайтесь не допускать сильного чувства голода, регулярно перекусывая здоровой пищей. Это поможет поддерживать уровень энергии и предотвратит резкие перепады настроения и физического состояния.

СОВЕТ №4

Знайте, как ваше тело реагирует на стрессовые ситуации, такие как высокая температура или недостаток пищи. Практикуйте методы релаксации, такие как глубокое дыхание или медитация, чтобы помочь организму справляться с экстремальными условиями.