Интенсивность обмена веществ возрастает, если температура окружающей среды отклоняется от комфортной (выходит за пределы диапазона нейтральной температуры, или термонейтральной зоны; см. далее);
сдвиги в сторону охлаждения приводят к большему усилению обмена веществ, чем сдвиги в сторону повышения температуры. Процессы изменений температуры тела подчиняются закону Вант–Гоффа.
Генеральная закономерность воздействия температуры на живые организмы выражается действием ее на скорость обменных процессов. Согласно общему для всех химических реакций правилу Вант-Гоффа, повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции. Разница заключается в том, что в живом организме химические процессы всегда идут с участием сложных ферментных систем, активность которых в свою очередь зависит от температуры. В результате ферментативного катализа возрастает скорость биохимических реакций и количественно меняется ее зависимость от внешней температуры.
Величину температурного ускорения химических реакций удобно выражать коэффициентом Q 10 , показывающим, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10'С:
Q 10 = K t+10 / K t
где K t – скорость реакции при температуре t.
Коэффициент температурного ускорения Q 10 , для большинства химических реакций абиотического характера равный 2 –, в реакциях живых систем колеблется в довольно широких пределах даже для одних и тех же процессов, протекающих в разных диапазонах температур. Это объясняется тем, что скорость ферментативных реакций не является линейной функцией температуры. Для водных эктотермных животных зависимость интенсивности дыхания от температуры довольно хорошо описывается правилом
Вант-Гоффа
значения коэффициента Q10 находятся в пределах 2.0-2.5
Для практических же расчетов принимают, что Q10 = 2. 25
Уравнение арениуса
зависимость между скоростью реакций и температурой впервые установил шведский химик Аррениус 1889 г. Это соотношение, получившее название уравнения Аррениуса, имеет вид
где к-константа скорости реакции; А - постоянная, характеризующая каждую конкретную реакцию (константа Аррениуса); Ea-еще одна постоянная, характерная дл каждой реакции и называемая энергией активации; Л-газовая постоянная и Т-абссолютная температура в кельвинах. Отметим, что это уравнение связывает температур не со скоростью реакции, а с константой скорости.
В логарифмической форме уравнение Аррениуса приобретает вид
Температура и развитие.
В наиболее генерализованной форме влияние температуры на обменные процессы прослеживается при изучении онтогенетического развития пойкилотермных организмов. Оно протекает тем быстрее, чем выше температура окружающей среды. Эффективными температурами называют температуры выше того минимального значения, при котором процессы развития вообще возможны; эту пороговую величину называют биологическим нулем развития.«Эффективная температура» - разность между реально наблюдаемой
температурой - t и условным нулем t0. Закономерности развития связанные с температурой, особенно хорошо выявлены на насекомых и сельскохозяйственных растениях. Это имеет большое значение для прогнозов урожая, сроков вылета вредителей, числа их генераций в течение летнего сезона и т. п.
Скорость развития Vt = 1/D
D – продолжительность развития
Сумма температур – это как правило «сумма эффективных температур». Сумму эффективных температур рассчитывают по формуле: sumТэф = (T-C)nгде Т — температура окружающейсреды, С — температурный порог развития, n — число часов или дней с температурой, превышающей порог развития.
Знание суммы эффективных температур важно для прогнозов урожая, сроков вылета вредителей и т.д. Например, под Санкт-Петербургом, для зацветания мать-и-мачехи sumТэф=770С, земляники — sumТэф=500оС, желтой акации sumТэф=700оС. Яблоневая плодожорка в северной Украине при sumТэф=930°С дает одно поколение, а на юге, где sumТэф=1870°С возможны две-три генерации за лето.
