По отношению к температуре живые организмы делятся на несколько экологических групп.
Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре клеток в их организме до -8-10oС. Криофилия характерна для различных наземных организмов: бактерий, грибов, лишайников, мхов, членистоногих и других организмов, обитающих в условиях низких температур: в Арктике и Антарктике, в тундре, высокогорьях.
Виды, которые имеют оптимум жизнедеятельности в области высоких температур, относятся к группе термофилов. Термофилия характерна для многих групп микроорганизмов, нематод, личинок насекомых, клещей и других организмов, обитающих в аридных областях, в разлагающихся органических остатках и т.д.
Хорошо известна классификация организмов на:
- гомойотермных,
- пойкилотермных.
Гомойотермные - организмы, поддерживающие внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне, при изменении температуры окружающей среды.
Пойкилотермные - организмы, у которых температура тела широко варьирует в зависимости от температуры среды.
У пойкилотермных (эктотермы) организмов общая адаптация к температурным условиям основывается на изменение тканевой устойчивости, связанной с термостабильностью белков и температурными зависимостями ферментных систем. Известно, что теплоустойчивость клеток морских беспозвоночных тесно коррелирует с их вертикальным распределением и наибольшего значения достигает у видов, обитающих в сублиторальной зоне. В тканях форели содержится два фермента изоэнзима холинэстеразы, имеющих разные температурные оптимумы. Это изоэнзимы I и II с максимумом активности соответственно при более низких и более высоких температурах. У рыб, обитающих при температуре воды 12º С, имеются оба изоэнзима, при 2º С преимущественно синтезируется изофермент I, а при 17º С – изофермент II.
Многие виды беспозвоночных и позвоночных животных, обитающие при низких температурах, характеризуются низкими значениями точки замерзания внутриклеточных и внутриполостных жидкостей. Отрицательные температуры легко переносятся ими вследствие накопления в жидкостях тела биологических антифризов. У насекомых в качестве такого антифриза чаще всего присутствует глицерин. Зимующие стадии некоторых насекомых за счет высокого содержания глицерина в гемолимфе и тканях способны переносить промерзания до – 40º С и даже ниже. Помимо глицерина в качестве криопротекторов животные используют и другие вещества:
- гликопротеиды (у рыб),
- сахара,
- белки,
- гликоген.
В тканях расписных черепах во время зимовки обнаружены высокие концентрации глюкозы, глицерола и таурина.
Адаптация к температурам у пойкилотермных животных сопровождается компенсаторными изменениями уровня обмена веществ. При акклимации животных к низким температурам уровень их метаболизма становится выше, чем у содержащихся при более высокой температуре. Об этом свидетельствуют многочисленные данные по интенсивности дыхания различных групп пойкилотермных животных, акклимированных к различным температурам. Биологический смысл температурной компенсации состоит в стабилизации обменных процессов при изменении температуры тканей, что нормализует жизнедеятельность эктотермов в различных температурных режимах. Так, у рыб, обитающих в различных климатических зонах, независимо от температуры воды, различия в скорости метаболических процессов невелики и вполне соизмеримы. В свою очередь, это позволяет арктическим видам при низких и даже отрицательных (–2º С) температурах вести активный образ жизни.
Даже у пойкилотермных животных наблюдается формирование элементов терморегуляции. Многие виды насекомых для разогревания тела используют тепло, образующее при мышечной работе. В утренние часы при низких температурах шмели включают в работу грудные мышцы, за счет быстрого сокращения которых температура грудного отдела возрастает до 40º С. Предполетный термогенез известен для бражников, пчел, крупных жуков, саранчовых. Во время активного плавания температура тела тунцов на 10-15º С выше температуры воды. Некоторые виды змей за счет мышечного теплообразования стабилизируют температуру в кладках яиц. Самка питона в течение инкубации яиц поддерживает температуру тела на уровне 31º С. Многие виды рептилий обладают способностью в одних и тех же диапазонах температур нагреваться быстрее, чем охлаждаться. Например, галапагосская морская игуана нагревается в два раза быстрее, чем охлаждается. Это достигается изменением кровотока в кожных сосудах – расширение сосудов при нагревании и сужение при охлаждении. Этот механизм терморегуляции используется многими животными при адаптивном поведении для выбора наиболее обогреваемых участков и при смене поз. За счет перечисленных механизмов терморегуляции пойкилотермные животные приобретают относительную независимость от температуры окружающей среды и их можно отнести к гетеротермным организмам.
В условиях высоких температур включаются адаптационные механизмы, снижающие температуру тела. У многих рептилий в жаркие полуденные часы наблюдается тепловая одышка. Усиление вентиляции ротовой полости и верхних дыхательных путей, наряду с увеличением слюноотделения, способствует усилению теплоотдачи. Насекомые достаточно эффективно регулируют температуру тела за счет дыхалец.
Итак, у пойкилотермных организмов приспособления к температуре наблюдаются на клеточно-тканевом уровне и проявляются в изменении оптимума активности ферментов (изоферменты), а также изменением теплоустойчивости тканей. Приспособление к конкретным температурам проявляются и в виде поведенческих реакций.