Home / Trang Trại / Nhiệt độ ảnh hưởng đến cơ thể động vật, sinh vật như thế nào

Nhiệt độ ảnh hưởng đến cơ thể động vật, sinh vật như thế nào

/

Nhiệt độ của môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến sinh vật, nó tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển phân bố của các cá thể, quần thể và quần xã sinh vật.

ảnh hưởng của nhiệt độ

1. Vai trò của nhiệt độ

Mỗi loài sinh vật chỉ tồn tại được trong một giới hạn nhiệt độ nhất định. Khi nhiệt độ tăng lên hoặc hạ thấp quá giới hạn chịu đựng thì chúng không thể tồn tại. Đa số các loài sống trong phạm vi nhiệt độ từ 0-50°C, đôi khi còn thấp hơn. Ví dụ: ấu trùng sâu ngô chịu được nhiệt độ –27,2°C, cá tuyết hoạt động tích cực ở nhiệt độ -2°C, cá sóc sống được ở nhiệt độ 52°C, khuẩn lam ở 80C.

Nhiệt độ của môi trường luôn thay đổi, sự khác nhau về nhiệt . độ trong không gian và thời gian đã tạo ra những nhóm sinh vật có khả năng thích nghi khác nhau với sự thay đổi nhiệt độ. Sự khác nhau đó được thể hiện không những về mặt hình thái, cấu tạo, hoạt động sinh lý mà còn về tập tính sinh hoạt của sinh vật.

Liên quan với nhiệt độ, người ta chia sinh vật ra thành hai nhóm lớn:

+ Nhóm sinh vật biến nhiệt (như cá, lưỡng thể, bò sát, thực vật): ở nhóm này nhiệt độ của cơ thể hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Do đó nhóm sinh vật này sẽ điều chỉnh nhiệt độ chỉ bằng các tập tính sinh thái, nghĩa là chuyển vào nơi có nhiệt độ thích hợp hoặc sống “tiềm sinh”. Tuy vậy nhóm sinh vật biến nhiệt này cũng có một số đặc điểm hạn chế sự thay đổi nhiệt quá mức như cây tiêu giảm lá hoặc lá có lông bao phủ để hạn chế sự thoát hơi nước. Còn ở bò sát có tập tính tránh nắng.

+ Nhóm sinh vật đẳng nhiệt: có nhiệt độ cơ thể luôn luôn ổn định nhờ cơ chế điều hoà nhiệt riêng và trung tâm điều hoà nhiệt ở bộ não hoặc có những tập tính sinh thái (như ngủ đông, ngủ hè, di cư). Nhiệt độ cơ thể thay đổi theo loài, chẳng hạn ở chim thường là 40-42°C, ở thú là 36,6-39,5°C.

Trao đổi nhiệt giữa cơ thể động vật lưỡng thê và môi trường
Trao đổi nhiệt giữa cơ thể động vật lưỡng thê và môi trường

Nhóm sinh vật này điều chỉnh nhiệt độ cơ thể hiệu quả bằng nhiều cách như chống mất nhiệt qua lớp lông, điều chỉnh mao mạch gần dưới da (chẳng hạn khi cơ thể cần toả nhiệt thì mạch máu dưới da giãn ra để tăng cường hoạt động thoát hơi nước và phân tán nhiệt).

Ngoài ra, liên quan đến nhiệt người ta lại có sự phân chia khác dựa vào sự trao đổi nhiệt ở sinh vật.

+ Nhóm nội nhiệt: điều hoà nhiệt nhờ sự sản sinh nhiệt từ bên trong cơ thể của mình. Thuộc nhóm này có loài chim, thú.

+ Nhóm ngoại nhiệt: điều hoà nhiệt nhờ vào nguồn nhiệt ở bên ngoài cơ thể. Thuộc nhóm naỳ có các loài động vật khác, thực vật, nấm.

Cách phân chia này cũng chỉ tương đối vì nhiều loài như bò sát, cá và côn trùng lại sử dụng nhiệt từ cơ thể mình để điều hoà thân nhiệt trong một thời gian ngắn, một số loài chim, thú lại giảm hay ngừng khả năng nội nhiệt ở các nhiệt độ cực trị; một số loài thực vật (như Philodendron) nhiệt trao đổi có thể duy trì một hằng số nhiệt ở hoa.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sinh vật

2.1. Đối với thực vật

Nhiệt độ ảnh hưởng tới hình thái, hoạt động sinh lý và khả năng sinh sản của thực vật. Trong các bộ phận của cây thì lá cây là bộ phận dễ bị biến đổi nhất dưới tác động của nhiệt độ. Người ta đã tiến hành quan sát ở lá của những loài cây họ Cúc như rau: tàu bay Gynura barbaraefolia thì thấy vào tháng lạnh (t°=4,6-6°C) lá bị xẻ thuỳ sâu – vào tháng nóng (t° =15-18°C) lá xẻ thuỳ nông hơn. Hoặc quan sát ở hai cây sồi (Quercus) sống trong điều kiện nhiệt độ khác nhau, lá có hình dạng khác nhau nhưng sau một thời gian tác động nhiệt độ như nhau thì lá biến đổi giống nhau.

Rễ cây cũng là một bộ phận chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Quan sát rễ của một số cây ăn quả ở vùng ôn đới như táo, lê thì thấy: khi sống trong điều kiện nhiệt độ thấp rễ cây có màu trắng ít hóa gỗ, mô sơ cấp phân hoá chậm, còn khi ở nhiệt độ cao thích hợp rễ có màu sẫm, lớp gỗ dày, bó mạch dài.

Cây mọc ở nơi có nhiệt độ cao ánh sáng mạnh thường có vỏ cây dày, tầng bần phát triển để tách biệt với môi trường ngoài, lá có tầng cutin dày hạn chế sự bốc hơi nước. Việc chống rét của thực vật có nhiều cách như rụng lá về mùa đông để hạn chế diện tiếp xúc với không khí lạnh (Cao nguyên Mộc Châu – Tây Bắc), đồng thời hình thành các vảy bảo vệ chồi non và lớp bần cách nhiệt bao quanh thân cây.

Nhiệt độ của môi trường còn ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động quang hợp và hô hấp của cây. Cây chỉ quang hợp tốt ở nhiệt độ 20-30°C, tại t° = -20°C diệp lục sẽ bị biến dạng và cây sẽ mất khả năng quang hợp. Nếu nhiệt độ quá cao thì quá trình quang hợp giảm nhanh. 

Quan sát ở lá cây cà chua thấy: ở t°=13°C hạt diệp lục ít và nhỏ, ở t°= 21°C lá có nhiều hạt diệp lục, ở nhiệt độ cao khoảng 35 °C lá vàng úa dần do diệp lục bị phân huỷ.

Hoạt động hô hấp ở thực vật có biên độ nhiệt độ rộng. Khi nhiệt độ thấp (t°=-20°C) thì cây ở vùng ôn đới vẫn hô hấp, mặc dù hầu hết các chức năng sinh lý khác đều bị đình chỉ. Nếu t° tăng theo đến nhiệt độ cực thích, rồi sau đó tụt xuống tới giới hạn nhiệt độ tối đa. Nhiệt độ của không khí cao thì cường độ bốc thoát hơi nước qua lỗ khí và tầng cutin tăng, t của bề mặt lá cũng tăng.

Nhìn chung khả năng chịu đựng t° bất lợi của các cơ quan khác nhau của cây không giống nhau, trong đó lá cây là bộ phận chịu ảnh hưởng mạnh nhất. Trong mỗi giai đoạn phát triển của cơ thể yêu cầu về t0 của môi trường cũng khác nhau. Chẳng hạn, giai đoạn hạt nảy mầm cần t° ấm hơn khi ra hoa, lúc quả chín cần nhiệt độ của môi trường cao nhất.

2.2. Đối với động vật

2.2.1. Về hình thái

Động vật biến nhiệt phản ứng với nhiệt độ không cố định. Khi gặp nhiệt độ tương đối cao hay tương đối thấp thì chúng sẽ phản ứng thuận một cách thích nghi với chiều tăng hoặc giảm nhiệt độ.

Động vật đẳng nhiệt sống ở nơi nhiệt độ quá thấp (ở bắc cực) hoặc quá cao (ở sa mạc) có cơ chế riêng để duy trì cuộc sống của mình. Chẳng hạn, có lông dày, nhiều mỡ (ở thú) hay có các khoảng chống nóng (ở côn trùng sa mạc) và có những tập tính đặc biệt. Theo D.Allen (1977) cho rằng động vật đẳng nhiệt sống nơi càng lạnh kích thước các phần thò ra ngoài cơ thể (như tai, đuôi, mỏ) sẽ càng nhỏ hơn ở nơi nóng. Điều đó chứng tỏ động vật sống nơi nhiệt độ thấp có tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích cơ thể giảm, góp phần làm hạn chế sự mất nhiệt.

Ví dụ: Tai thỏ ở châu Âu ngắn hơn tai thỏ ở châu Phi. Theo D.Allen tai có ý nghĩa đặc biệt đối với việc giữ cân bằng nhiệt ở xứ nóng vì ở tai tập trung nhiều mạch máu. Chẳng hạn tai của voi ở châu Phi, của cáo ở sa mạc, của thỏ ở châu Mỹ rất to, có vai trò quan trọng trong việc điều hoà nhiệt độ cơ thể.

Theo K. Bergmann, động vật đẳng nhiệt (chim và thú) thuộc cùng một loài hay những loài gần nhau thì ở vĩ độ cao có kích thước cơ thể lớn hơn so với những dạng đó ở vĩ độ thấp, đối với động vật biến nhiệt (cá, lưỡng thể, bò sát) thì có hiện tượng ngược lại do liên quan với bề mặt trao đổi chất của cơ thể. Chẳng hạn, chim cánh cụt (Aptenodytes forsteri) ở Nam cực có chiều dài thân 100 – 120cm, nặng 34,4kg, trong khi đó một loài khác gần với nó (Spheniscus mendiculus) ở xích đạo chỉ có chiều dài thân 44,5cm và nặng 4,5 – 5kg. Chiều dài trung bình của đầu thỏ (Lepus timidus) ở Hà Lan dài 70 – 73cm, ở bắc Liên Xô cũ là 77,8cm, ở bắc Xiberi là 87,5cm.

Còn Gloger thì cho rằng “sự thay đổi màu sắc thân phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm. Ở sa mạc nóng và khô ráo thân có màu vàng, còn ở vùng cực lạnh, thân có màu trắng”.

Ngoài ra các loài động vật sống ở vùng lạnh (như hươu, gấu, cừu) có bộ lông dày và dài hơn những động vật sống ở vùng nóng. Nhưng khi chuyển chúng về nơi sống ở nhiệt độ ôn hoà ít lạnh, lông sẽ ngắn và thưa dần.

Về sự phát triển. Mỗi một loài động vật có một ngưỡng nhiệt phát triển nhất định. Vì vậy khi nhiệt độ môi trường xuống quá thấp hoặc lên quá cao vượt ra ngoài giới hạn đó thì sinh vật không thể phát triển được. Ví dụ: ngưỡng nhiệt phát triển của bướm cải màu trắng (Pieris rapae) là 10,5°C, của trứng cá hồi là 0°C…

Hoạt động sinh lý. Nhiệt độ của môi trường có ảnh hưởng tới hoạt động sinh lý của động vật. Trước hết nhiệt độ của môi trường ảnh hưởng rõ rệt đến sự trao đổi khí của động vật. Nhiệt độ càng cao thì cường độ hô hấp càng tăng. A. Rieck làm thí nghiệm trên loài ếch Rana pipiens và thấy rằng khi sống trong môi trường nhiệt độ thấp (5°C) thì khả năng trao đổi oxy của nó cao hơn khi sống ở nơi có nhiệt độ cao (25°C).

2.2.2. Về sự sinh sản

Nhiệt độ chỉ ảnh hưởng đến sự sinh sản của động vật đúng hay sai? Nhiều loài động vật chỉ sinh sản trong một giới hạn nhiệt độ nhất định. Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn hoặc thấp hơn nhiệt độ cần thiết thì cường độ sinh sản sẽ giảm hoặc ngừng trệ. Ví dụ, cá chép chỉ đẻ trứng khi nhiệt độ của nước khoảng 15°C. Ngoài ra nhiệt độ của môi trường còn ảnh hưởng đến chức năng của cơ quan sinh sản. Khi nhiệt độ của môi trường thấp quá hoặc cao quá có thể làm ngừng quá trình sinh tinh trùng và trứng ở động vật.

2.2.3. Sự phân bố

Mỗi sinh vật đều có ngưỡng sinh thái riêng nên chúng phân bố trong những vùng có nhiệt độ đặc trưng. Có những loài chỉ phân bố ở những vùng nhiệt đới hoặc nơi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm không lớn. Những loài đó gọi là loài chịu nhiệt hẹp. Ví dụ, loài ruồi quả (Ceratitis capitata) ở Địa Trung Hải chỉ có thể phát triển ở những nơi có nhiệt độ trung bình ngày đêm cao hơn 13,5°C. Nhiều loài động vật lại chịu được giới hạn nhiệt rộng như loài ruồi nhà (Musca domestica) phân bố ở hầu hết khắp thế giới.

Ngoài ra nhiệt độ của môi trường còn là nhân tố sinh thái ảnh hưởng đến các nhân tố khác và qua đó ảnh hưởng đến sự phân bố của động vật. Chẳng hạn nhiệt độ của môi trường có ảnh hưởng tới nồng độ oxy hòa tan trong nước và từ đó ảnh hưởng tới sự phân bố của động vật thuỷ sinh. Ví dụ, khi nhiệt độ cao sẽ làm giảm lượng khí hoà tan trong nước và sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố của nhiều loài cá.

2.2.4. Các trạng thái tạm nghỉ

Khi nhiệt độ môi trường lên cao quá hoặc thấp quá sẽ làm xuất hiện trạng thái tạm nghỉ ở động vật như ngủ hè, ngủ đông. Ngủ hè xuất hiện khi nhiệt độ môi trường quá cao và độ ẩm quá thấp, còn ngủ đông xuất hiện khi nhiệt độ môi trường hạ xuống thấp làm giảm sự phát triển. Trước khi ngủ đông, động vật thường tập trung ở nơi có điều kiện nhiệt độ thích hợp.

Ví dụ: ếch nhái tập trung thành từng đám ở trong bùn. Một số loài động vật đẳng nhiệt (như dơi, gấu) khi ngủ đông chúng tạm thời ngừng hoạt động như động vật biến nhiệt (nhiệt độ cơ thể phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường, cường độ chuyển hoá có thể hạ thấp bằng 1/30, đôi khi bằng 1/100 so với lúc bình thường). Trạng thái ngủ đông có thể xảy ra ở tất cả các cá thể và ở giai đoạn phát triển của loài.

2.2.5. Tập tính sinh hoạt

Nhờ có tập tính (như đào hang, xây tổ tránh nắng) mà nhiều loài động vật có thể giữ được trạng thái cân bằng nhiệt có hiệu quả. Ví dụ, lạc đà tránh nắng bằng cách đứng sát vào nhau, con nọ che bóng cho con kia nên hạn chế được sự đốt nóng bề mặt cơ thể. Trong trạng thái đó nếu đo nhiệt độ của chúng sẽ thấy chênh lệch nhiệt độ giữa vị trí trong và ngoài của đám lạc đà, nhiệt độ giữa đám lạc đà là 39°C, còn ở phía ngoài là 70°C. Chim cánh cụt khi có bão tuyết chúng tập trung thành từng đám lớn để tận dụng hơi ấm của nhau, các con ở phía ngoài chuyển dần vào phía trong và như vậy, cả đám chuyển động chậm chạp vòng quanh như một con rùa lớn. Do đó nhiệt độ ở trong đám được giữ ở 37°C.

3. Sự tác động tổng hợp của nhiệt độ và độ ẩm lên đời sống sinh vật

Nhiệt độ và độ ẩm là hai yếu tố rất quan trọng của khí hậu, song ảnh hưởng của yếu tố này đến sinh vật còn bị chi phối bởi các yếu tố khác.

Sự tác động tổng hợp của nhiệt độ và độ ẩm quyết định bộ mặt khí hậu của một vùng địa lý xác định và từ đó nó quy định giới hạn tồn tại của các quần xã sinh vật.

Khí hậu của một vùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng sự tương tác giữa lục địa biển cũng làm cho nền khí hậu thay đổi cơ bản. Chẳng hạn do những đặc tính của nước như: hấp thụ nhiệt và thải nhiệt, tỏa nhiệt khi đóng băng và bay hơi… nên khí hậu vùng biển hay ven các hồ lớn có dịu đi.

Từ đó dựa vào mối tương tác này mà khí hậu được phân thành khí hậu lục địa và khí hậu biển (khí hậu duyên hải). Khí hậu lục địa được đặc trưng bởi nhiệt độ và độ ẩm đều có giá trị cực trị, còn khí hậu biển dịu hơn, sự dao động của nhiệt độ và độ ẩm đều thấp, thuận lợi cho đời sống của sinh vật.

4. Hỏi đáp

4.1. Động vật biến nhiệt sẽ thay đổi như thế nào khi nhiệt độ môi trường tăng trong giới hạn

Động vật sinh nhiệt là động vật có thể tạo ra nhiệt để duy trì nhiệt độ cơ thể. Khi nhiệt độ môi trường tăng lên trong giới hạn, động vật sinh nhiệt thường sẽ tăng tốc độ trao đổi chất để tạo ra nhiều nhiệt hơn. Điều này có thể được thực hiện thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm run rẩy, tăng cường hoạt động cơ bắp và sinh nhiệt mô mỡ màu nâu (BAT).

Run rẩy là sự co rút nhanh chóng, không chủ ý của các nhóm cơ xương tạo ra nhiệt. Hoạt động cơ bắp tăng lên cũng là để sinh ra nhiệt, nhưng đây thường là cách tạo nhiệt kém hiệu quả so với cử động run rẩy. BAT là một loại mô mỡ chuyên sản xuất nhiệt. Các tế bào BAT chứa một số lượng lớn ty thể, là những bào quan tạo ra năng lượng trong cơ thể. Khi được kích hoạt, các tế bào BAT sẽ giải phóng nhiệt vào máu.

Lượng nhiệt mà động vật tạo ra để đáp ứng với sự gia tăng nhiệt độ môi trường phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm kích thước, tuổi và giống loài. Động vật nhỏ hơn có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn sẽ dễ bị mất nhiệt hơn. Kết quả là, động vật nhỏ hơn thường có tốc độ trao đổi chất cao hơn động vật to lớn. Động vật non cũng có tốc độ trao đổi chất cao hơn những con trưởng thành. Điều này là do chúng đang trong giai đoạn tăng trưởng và phát triển, đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Cuối cùng, các loài động vật khác nhau có khả năng sinh nhiệt khác nhau. Ví dụ, động vật ngủ đông có tốc độ trao đổi chất rất cao khi thức, và giảm đột ngột khi chúng ngủ đông.

Nếu nhiệt độ môi trường tăng quá cao, động vật sinh nhiệt có thể không sản xuất đủ nhiệt để duy trì nhiệt độ cơ thể. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng căng thẳng nhiệt và gây ra tử vong. Làm mát cơ thể như trú ở chỗ bóng râm, uống nhiều nước, ở trong môi trường không khí mát mẻ hơn là những cách phòng ngừa stress nhiệt.

4.2. Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh nhất đến động vật ở giai đoạn nào?

Ảnh hưởng của nhiệt độ mạnh nhất đối với động vật trong giai đoạn phát triển ban đầu. Nguyên nhân của điều này là do tế bào và mô của động vật đang phát triển nhạy cảm hơn với sự thay đổi nhiệt độ so với tế bào và mô của động vật trưởng thành. Ví dụ, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí “Nature” cho thấy việc tiếp xúc với nhiệt độ cao trong vài ngày đầu tiên của cuộc đời có thể dẫn đến những thay đổi lâu dài trong não và hành vi của chuột.

Một nghiên cứu khác, được công bố trên tạp chí “Science”, cho thấy nếu động vật tiếp xúc với nhiệt độ cao trong giai đoạn phát triển ban đầu cũng có thể dẫn đến những thay đổi trong hệ thống miễn dịch, khiến chúng dễ mắc bệnh hơn trong cuộc sống sau này.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với động vật không phải lúc nào cũng tiêu cực. Ví dụ, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí “PLOS One” cho thấy rằng việc tiếp xúc với nhiệt độ vừa phải trong giai đoạn phát triển ban đầu có thể cải thiện khả năng nhận thức của động vật.

Nhìn chung, ảnh hưởng của nhiệt độ đối với động vật rất phức tạp và phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm giống loài, giai đoạn phát triển và mức độ tác động mạnh hay nhẹ. Dưới đây là một số ví dụ:

  • Tăng trưởng và phát triển: Nhiệt độ cao dẫn đến phát triển còi cọc, nhiệt độ thấp làm chậm phát triển.
  • Sinh sản: Nhiệt độ cao làm giảm số lượng trứng được đẻ, trong khi nhiệt độ thấp làm giảm tỷ lệ sống sót của con cái.
  • Hành vi: Nhiệt độ cao gây ra sự hung hăng gia tăng, trong khi nhiệt độ thấp làm gia tăng tình trạng thờ ơ.
  • Khả năng miễn dịch: Nhiệt độ cao khiến động vật dễ mắc bệnh hơn, trong khi nhiệt độ thấp giúp động vật kháng bệnh tốt hơn.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với động vật là một lĩnh vực nghiên cứu phức tạp và quan trọng. Nhưng càng tìm hiểu, con người có thể tìm ra cách bảo vệ hệ sinh vật trên trái đất tốt hơn, tránh những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đang ngày một ảnh hưởng rõ rệt.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :