Температурна витривалість багатьох рослин (насіння може переносити температуру -196°C) зумовлена незначним вмістом води у тканинах. Слід пам’ятати, що для рослин холод супроводжується одночасно небезпекою зневоднення, оскільки при низьких температурах рослина не здатна отримувати воду з грунту, а випаровування відбувається навіть при температурі нижче точки замерзання.
Але більшість живих організмів нездатні витримувати охолодження до температур, які далеко не досягають точки замерзання. Наприклад, тропічні рослини гинуть при температурі +5°C – +8°C. Це пов’язано з порушенням текучості й проникності клітинних мембран (їх фосфоліпіди «замерзають при вищих температурах, ніж вода) та порушенням фотосинтезу та дихання. Нижньою межею для дорослою людини є температура тіла 26°C. За такої температури більшість метаболічних процесів не здатні відновитися навіть обігріві тіла людини до 37°C.
Для зниження негативного впливу низьких температур живі організми мають різноманітні морфо-фізіологічні та поведінкові адаптації. Зокрема для рослин характерні:
1) Листопадність – скидання листків як органів з високим вмістом води.
2) Потовщення верхнього, тріщинуватого шару кори – корку, опробковіння молодих пагонів.
3) Полягання зимуючих стебел та листків у деяких трав.
4) Приземне та підземне розташування вузлів кущіння (точок утворення нових пагонів) та кореневих шийок із зимуючими бруньками. Поява сланких та подушковидних форм.
Червоне цвітіння снігу на Алтаї (водорость Chlamydomonas nivalis) та «крижана» антарктична риба Champsocephalus gunnari
Для більшості живих організмів нижньою межею толерантності є температура довкілля 0°C, за якої вода починає замерзати. У ході еволюції живі організми набули різноманітних адаптацій до переживання температури нижче точки замерзання (морозостійкість). Основною небезпекою таких умов є кристалізація води, в результаті чого відбувається руйнування клітинної мембрани. З метою зниження критичної температури змерзання в цитоплазмі клітин накопичуються специфічні речовини – антифризи, якими можуть виступати вуглеводи (глюкоза, сахароза), багатоатомні спирти (гліцерин), білки (AFPs протеїни). У випадку замерзання такі речовини запобігають утворенню довгих кристалів води переводячи її у аморфний стан. Завдяки наявності таких пристосувань деякі живі організми не лише можуть переживати умови холоду, а й існувати в умовах низьких температур (стенотермні термофоби). Наприклад, одноклітинна водорость Chlamydomonas nivalis викликає червоне цвітіння снігу, розвиваючись за температури нижче 0°C. Ще більш відомим прикладом є так звані «крижані» антарктичні риби, які здатні існувати в умовах до -1,9°C.
4.1.3 ПРИСТОСУВАННЯ ДО НИЗЬКОЇ ТЕМПЕРАТУРИ ДОВКІЛЛЯ
Від діапаузи слід відрізняти анабіоз (suspended animation) – стан припинення обмінних процесів в організмі аж до відсутності видимих ознак життя. Як і діапауза, метою анабіозу є переживання організмів несприятливих умов, за яких здійснення життєдіяльності є неможливим. Проте, зміни, які супроводжують стан анабіозу, є більш глибокими. Найчастіше до анабіозу здатні певні фази розвитку живих організмів, які мають специфічні пристосування (цисти, спори, насіння). Проте, відомі окремі випадки, коли дорослий організм здатен переходити до стану анабіозу (членистоногі, деякі риби та амфібії). Найчастіше у такому випадку в організмі не відбувається підготовчих етапів до переходу у анабіоз.
Масове скупчення кажанів на зимівля та термограма тіла кажана під час гібернації
Ссавці та птахи в умовах холоду мають густіші шкірні покриви. Вони можуть будувати сховища, таким чином кондиціонуючи своє середовище. Якщо організми не мають спеціальних механізмів підтримання активної життєдіяльності в умовах холоду – впадають в ціпеніння (діапауза або анабіоз), або здійснюють міграції та кочівлі.
Діапауза – стан фізіологічного гальмування обміну речовин і зупинки ростових процесів у живих організмів під дією зовнішніх факторів довкілля. Під час діапаузи більшість фізіолого-біохімічних процесів загальмовуються, температура організму наближається до температури довкілля (це економить енергетичні ресурси), припиняється ріст та розвиток. Діапауза може бути характерною як для дорослих організмів (зимова сплячка, зимівля дерев), так і для окремих фаз індивідуального розвитку (яйця багатьох безхребетних та лялечки комах). Розрізняють сезонну (облігатну) діапаузу: гібернація – зимова сплячка, естивація – літня сплячка; та факультативну діапаузу. До сезонної діапаузи живі організми готуються заздалегідь, накопичуючи запас поживних речовин, знижуючи кількість води у тканинах, скидаючі листя. Сигналом змін в організмі найчастіше слугують зміна тривалості світлового дня та зниження середньодобової температури повітря (інформаційні чинники). В результаті на момент настання несприятливих умов живі організми вже знаходяться в стані сплячки. Факультативна діапауза є результатом дії несприятливих умов, які виступають безпосередніми чинниками гальмування фізіолого-біохімічних процесів в організмі. Наприклад, раптове зниження температури повітря призводить до діапаузи більшості пойкілотермних організмів помірного клімату. Організми спекотних районів найчастіше впадають у діапаузу при високій температурі та висиханні, проте гірше витримують холод та перезволоження.
Ярета – рослина-подушка у горах Андах