معلومة

لماذا درجات الحرارة المنخفضة قاتلة؟

لماذا درجات الحرارة المنخفضة قاتلة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا لا يمكننا (البشر ، أو حتى الكائنات أحادية الخلية) تحمل درجات حرارة منخفضة (للجسم) (5-25 درجة مئوية). لدي خلفية محدودة في الكيمياء والأحياء ، لذلك قد يكون هذا واضحًا ، لكن ليس بالنسبة لي.

أعلم أن درجة الحرارة المنخفضة تقلل من سرعة التفاعلات الكيميائية ، لذا فإن أي مخلوق بارد بدرجة كافية يجب أن يعمل بشكل أبطأ؟ أو هل هناك أي آثار أخرى يسببها البرد تمنع تفاعلات معينة؟ (سيحدث رد فعل يتطلب المزيد من الطاقة ، ولكن بمعدل أقل ، أليس كذلك؟)

وإذا افترضنا أن بكتيريا / فيروسًا / كائنًا صغيرًا وبسيطًا تعرض لدرجة حرارة منخفضة (أعلى من درجة التجمد ، ولكن منخفضة بما يكفي للتوقف عن العمل) ، فما الذي يمنع هذا الكائن الحي من الإقلاع مرة أخرى عند تعرضه لدرجة حرارة "طبيعية"؟


تغير درجات الحرارة المنخفضة سرعة التفاعلات الكيميائية المختلفة ، مما يؤدي إلى اختلال توازن الأنظمة الدقيقة. إن مدى مرونة الكائن في مواجهة التغيرات في درجات الحرارة هو إلى حد كبير دالة على مدى تعقيده ، ومدى كونه عازلًا ضد هذا النوع من التغيير.

لا يمكن قتل بطيئات المشية كما هو مذكور في kmm أساسًا بالبرودة ، والبقاء على قيد الحياة حتى الصفر المطلق تقريبًا (الصفر المطلق ≈ ناقص 273.15 درجة مئوية). يمكن تجميد معظم الكائنات الحية أحادية الخلية (خاصة إذا تم تجميدها بسرعة أو حمايتها بالتبريد بشيء مثل DMSO) وإحيائها لاحقًا دون أي تغيير. يتم تجميد معظم مكتبات السلالات من البكتيريا لأسباب تتعلق بالتكلفة. حتى مزارع الخلايا البشرية يمكن تجميدها وإذابتها ، على الرغم من موت بعض الخلايا. (إذا ماتت حتى 10٪ من خلاياك حيث من المحتمل أن يموت شخص ما ، فإن التجميد غير مطروح إلا إذا كنت ذكيًا جدًا بالفعل).

البشر ومعظم الثدييات حساسون جدًا للتغيرات في درجات الحرارة ، على الرغم من أن الزواحف ليست كذلك. معظم الأسماك من ذوات الدم البارد وتتكيف مع درجات الحرارة الباردة نسبيًا ، لكن قلب الإنسان ليس مهيئًا جيدًا حتى لدرجات الحرارة الدافئة نسبيًا. يتوقف الأذينان والبطينان في القلب عن الاتصال عند درجة حرارة أقل من 27 درجة مئوية (80.6 درجة فهرنهايت) أو نحو ذلك ، وأقل من 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) يمكن للقلب أن يتوقف عن النبض تمامًا. الأعصاب هي أنظمة معقدة ، وغياب أنظمة التنظيم في الأعصاب نفسها لتعويض التغيرات في درجة الحرارة ، يمكن أن تتوقف عن إطلاق النار تمامًا. يمكن أن يعمل القلب البسيط بتنسيق أقل تعقيدًا ، وبالتالي فهو أكثر مقاومة لتغير درجة الحرارة. يتأثر القلب المعقد الذي ينطوي على تنسيق الأذينين والبطينين بشكل أقوى بكثير من انخفاض درجة الحرارة.

لذلك ، بشكل عام ، أكثر تعقيدًا يعني أكثر عرضة للتغيرات في درجات الحرارة. ومع ذلك ، هناك استثناءات. يمكن للدببة السبات وانخفاض درجة حرارة أجسامها الأساسية دون أي آثار سيئة ، لذلك من الممكن التكيف معها. تتعامل الأسماك جيدًا مع درجات الحرارة الباردة إذا تم الكشف عنها تدريجيًا ، ويمكن لبعض الأسماك أن تعيش بسعادة تامة في سلاش ، على الرغم من الملوحة.


تخزين درجة حرارة منخفضة: التبريد والتجميد

الأطعمة المبردة هي تلك الأطعمة المخزنة في درجات حرارة قريبة ، ولكن أعلى من نقطة التجمد ، وعادة ما تكون من 0 إلى 5 درجات مئوية. شهدت منطقة السلع هذه زيادة هائلة في السنوات الأخيرة حيث انضمت المنتجات المبردة التقليدية مثل اللحوم والأسماك الطازجة ومنتجات الألبان إلى مجموعة كبيرة من المنتجات الجديدة بما في ذلك الوجبات الكاملة والسلطات الجاهزة والأطعمة الشهية وحلويات الألبان وغيرها الكثير.

ساهمت ثلاثة عوامل رئيسية في هذا التطور:

(1) صناع المواد الغذائية & # 8217 هدف زيادة القيمة المضافة لمنتجاتهم

(2) طلب المستهلك على الأطعمة الطازجة بينما يتطلب في نفس الوقت راحة التسوق العرضي فقط وسهولة التحضير و

(3) توافر سلسلة تبريد فعالة & # 8211 التنظيم والبنية التحتية التي تسمح بالحفاظ على درجات حرارة منخفضة طوال السلسلة الغذائية من التصنيع / الحصاد إلى الاستهلاك.

يمكن أن يغير تخزين البرد كلاً من طبيعة التلف ومعدل حدوثه. قد تكون هناك تغييرات نوعية في خصائص التلف حيث أن درجات الحرارة المنخفضة تمارس تأثيرًا انتقائيًا يمنع نمو mesophiles ويؤدي إلى نبتة دقيقة تهيمن عليها نفسية التغذية.

يمكن ملاحظة ذلك في حالة الحليب الخام الذي كان يحتوي في أيام إنتاج الحليب والتجميع على جانب الطريق على نبتات مجهرية تالفة تتكون إلى حد كبير من المكورات الوسيطة التي من شأنها أن تفسد الحليب.

في الوقت الحاضر في المملكة المتحدة ، يتم تبريد الحليب على الفور تقريبًا ويترك البقرة بحيث تسود قضبان سالبة الجرام ذات التغذية العقلية وتنتج نوعًا مختلفًا تمامًا من التلف. يمكن أن تسبب درجات الحرارة المنخفضة أيضًا تغيرات فسيولوجية في الكائنات الحية الدقيقة والخجولة التي تعمل على تعديل أو تفاقم خصائص التلف.

مثالان من هذا القبيل هما زيادة إنتاج أصباغ الفينازين والكاروتين في بعض الكائنات الحية في درجات حرارة منخفضة وتحفيز إنتاج عديد السكاريد خارج الخلية في Leuconostoc spp. وبعض بكتيريا حمض اللاكتيك الأخرى.

في معظم الحالات ، من المحتمل أن تمثل هذه التغييرات اضطرابًا في التمثيل الغذائي بسبب اختلاف المعاملات الحرارية وطاقات التنشيط للتفاعلات الكيميائية العديدة التي تشتمل على التمثيل الغذائي الميكروبي.

على الرغم من أن المتغذيين النفسيين يمكن أن ينمووا في الأطعمة المبردة ، إلا أنهم يفعلون ذلك ببطء نسبيًا بحيث يتأخر ظهور التلف. في هذا الصدد ، يمكن أن يكون للتغيرات في درجات الحرارة داخل نطاق درجة حرارة البرد تأثيرات واضحة.

على سبيل المثال ، كان وقت التوليد لواحد من أسماك الزائفة المعزولة من الأسماك 6.7 ساعات عند 5 درجات مئوية مقارنة بـ & # 821626.6 ساعة عند 0 درجة مئوية. عندما يكون هذا الكائن الحي مساهماً مهماً في التلف ، فإن التغيرات الصغيرة في درجة الحرارة سيكون لها آثار كبيرة على العمر الافتراضي.

تم العثور على وقت حفظ شرائح الحدوق وسمك القد يتضاعف إذا انخفضت درجة حرارة التخزين من 2.8 درجة مئوية إلى -0.3 درجة مئوية. يمكن أن تكون تقنيات النمذجة الرياضية من هذا النوع مفيدة في التنبؤ بتأثير تقلبات درجات الحرارة على العمر الافتراضي ، ولكن ، كقاعدة عامة ، يجب أن تكون درجة حرارة التخزين منخفضة ، ومحكومة بإحكام قدر الإمكان.

يبدو أن قدرة الكائنات الحية على النمو في درجات حرارة منخفضة مرتبطة بشكل خاص بتكوين وهندسة غشاء البلازما. مع انخفاض درجة الحرارة ، يمر غشاء البلازما بمرحلة انتقالية من الحالة البلورية السائلة إلى مادة هلامية صلبة يكون فيها النقل المذاب محدودًا بشدة.

تكون درجة حرارة هذا الانتقال أقل في الأشخاص الذين يعانون من نفسية التغذية والعاطفة إلى حد كبير نتيجة لارتفاع مستويات الأحماض الدهنية غير المشبعة وقصيرة السلسلة في الدهون الغشائية. إذا سمح لبعض الكائنات الحية بالتكيف مع النمو في درجات حرارة منخفضة فإنها تزيد من نسبة هذه المكونات في أغشيتها.

يبدو أنه لا توجد قيود تصنيفية على الكائنات الحية ذات التغذية العقلية التي يمكن العثور عليها في الخمائر والعفن والبكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام. إحدى الميزات التي يتشاركونها هي أنه بالإضافة إلى قدرتها على النمو في درجات حرارة منخفضة ، يتم تعطيلها في درجات حرارة معتدلة.

تم طرح عدد من الأسباب لهذه الحساسية الملحوظة للحرارة بما في ذلك احتمال حدوث سيولة غشاء مفرطة في درجات حرارة أعلى. يبدو أن الاستقرار الحراري المنخفض للإنزيمات الرئيسية والبروتينات الوظيفية الأخرى عامل مهم ، على الرغم من أن الليباز خارج الخلية والبروتياز المستقر حراريًا التي تنتجها pseudomonads نفسية التغذية يمكن أن يكون مشكلة في صناعة الألبان.

على الرغم من أن mesophiles لا يمكن أن تنمو في درجات حرارة منخفضة ، إلا أنها لا تقتل بالضرورة. ينتج عن التبريد ظاهرة تعرف باسم الصدمة الباردة والتي تسبب الموت والإصابة في نسبة من السكان ولكن آثارها لا يمكن التنبؤ بها بنفس طريقة المعالجة الحرارية.

يعتمد مدى الصدمة الباردة على عدد من العوامل مثل الكائن الحي (تظهر سلبيات الجرام أكثر حساسية من إيجابيات الجرام) ، ومرحلة نموها (خلايا الطور الأسي أكثر حساسية من خلايا الطور الثابت) ، وفرق درجة الحرارة و معدل التبريد (في كلتا الحالتين كلما كان أكبر ، كلما زاد الضرر) ، وخلايا النمو المتوسطة التي تنمو في وسط معقد تكون أكثر مقاومة).

يبدو أن الآلية الرئيسية للصدمة الباردة هي تلف الأغشية الناجم عن تغيرات الطور في دهون الغشاء التي تخلق جزيئات مائية يمكن من خلالها تسرب محتويات السيتوبلازم. كما لوحظت زيادة في فواصل الحمض النووي أحادية الخيط بالإضافة إلى تخليق بروتينات محددة للصدمة الباردة.

نظرًا لأن التبريد ليس عملية مبيد للجراثيم ، فإن استخدام المواد الخام ذات الجودة الميكروبيولوجية الجيدة والمعالجة الصحية هي متطلبات أساسية لإنتاج أغذية مبردة آمنة. يمكن أن تستمر الميزوفيلات التي تنجو من التبريد ، وإن كانت في حالة إصابة ، في الطعام لفترات طويلة وقد تتعافى وتستأنف النمو إذا أصبحت الظروف مواتية فيما بعد.

وبالتالي فإن التبريد سيمنع زيادة مخاطر مسببات الأمراض الوسيطة ، ولكنه لن يضمن القضاء عليها. ومع ذلك ، هناك مسببات الأمراض التي ستستمر في النمو في بعض درجات الحرارة الباردة ، وقد ركز الدور الرئيسي للتبريد في صناعة الأغذية الحديثة اهتمامًا خاصًا عليها.

قد تزداد المخاطر التي تشكلها هذه الكائنات مع مدة التخزين ولكن من المحتمل أن تكون هذه العملية بطيئة وتعتمد على درجة حرارة التخزين الدقيقة وتكوين الطعام.

بعض الأطعمة غير قابلة للتخزين البارد لأنها تعاني من إصابة البرد حيث تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى انهيار الأنسجة مما يؤدي إلى عيوب بصرية وتدهور ميكروبيولوجي متسارع. الفواكه الاستوائية معرضة بشكل خاص لهذا الشكل من الضرر.

تقنية التجميد:

التجميد هو الأسلوب الأكثر نجاحًا للحفاظ على الطعام على المدى الطويل حيث يتم الاحتفاظ بمحتوى المغذيات إلى حد كبير ويشبه المنتج المواد الطازجة إلى حد كبير أكثر من الأطعمة الجاهزة.

تبدأ الأطعمة بالتجمد في مكان ما في النطاق - 0.5 إلى - 3 درجات مئوية ، وتكون نقطة التجمد أقل من تلك الموجودة في الماء النقي بسبب المواد المذابة الموجودة. عندما يتحول الماء إلى جليد أثناء التجميد ، يزداد تركيز المواد المذابة في الماء غير المجمد ، مما يقلل من درجة التجمد بدرجة أكبر حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، على سبيل المثال. - 60 درجة مئوية ، سيظل بعض الماء غير مجمد.

درجات الحرارة المستخدمة في التخزين المجمد بشكل عام أقل من - 18 درجة مئوية. في درجات الحرارة هذه ، لا يمكن نمو الميكروبات ، على الرغم من أن نشاط الإنزيم الميكروبي أو الداخلي المنشأ مثل الليباز يمكن أن يستمر ويفسد المنتج في النهاية.

يتم تقليل هذا في حالة الفواكه والخضروات عن طريق السلق قبل التجميد لتعطيل أوكسيديازات البوليفينول الذاتية التي قد تتسبب في تغير لون المنتج أثناء التخزين.

يعد حرق المجمد عيبًا آخر غير ميكروبيولوجي في الجودة قد ينشأ في الأطعمة المجمدة ، حيث يحدث تغير في لون السطح بسبب تسامي الماء من المنتج وانتقاله إلى الأسطح الباردة في المجمد. يمكن منع ذلك عن طريق تغليف المنتجات بمادة غير منفذة للماء أو عن طريق التزجيج بطبقة n من الجليد.

لا تعد درجة الحرارة المنخفضة العامل المثبط الوحيد الذي يعمل في الأطعمة المجمدة ، كما أن لها نشاطًا مائيًا منخفضًا ينتج عن إزالة الماء على شكل ثلج. يصف الجدول 4.11 تأثير درجة الحرارة على نشاط الماء. فيما يتعلق بالجودة الميكروبيولوجية ، يكون هذا التأثير مهمًا فقط عند تخزين الأطعمة المجمدة في درجات حرارة حيث يكون نمو الميكروبات ممكنًا (فوق - 10 درجة مئوية).

في هذه الحالة ، لا تكون الكائنات الحية التي تنمو على منتج ما هي تلك التي ترتبط عادةً بتلفه في درجات حرارة البرد ولكن الخمائر والقوالب التي تعتبر نفسية التغذية وتتحمل انخفاض النشاط المائي.

وبالتالي فإن اللحوم والدواجن المخزنة في -5 إلى -10 درجة مئوية قد تتطور ببطء إلى عيوب سطحية مثل البقع السوداء بسبب نمو العفن Cladosporium herbarum أو البقع البيضاء التي تسببها Sporotrichum carnis أو النمو الريشي لـ Thamnidium elegans.

تتأثر الكائنات الدقيقة بكل مرحلة من مراحل عملية التجميد. عند التبريد إلى درجة الحرارة التي يبدأ عندها التجميد ، ستتعرض نسبة من السكان لصدمة باردة.

عند درجة حرارة التجمد ، تحدث المزيد من الوفيات والإصابات مع خروج مستويات منحنى التبريد مع إزالة الحرارة الكامنة وبدء المنتج في التجمد. في البداية يتشكل الجليد بشكل أساسي خارج الخلية ، ويفضل تكوين الجليد داخل الخلايا عن طريق التبريد السريع.

قد يؤدي ذلك إلى إتلاف الخلايا ميكانيكيًا وسيؤدي الضغط الأسموزي المرتفع خارج الخلية إلى تجفيفها. ستؤدي التغييرات في القوة الأيونية ودرجة الحموضة لمرحلة الماء نتيجة التجميد أيضًا إلى تعطيل بنية ووظيفة العديد من مكونات الخلايا والجزيئات الكبيرة التي تعتمد على هذه العوامل لاستقرارها.

سيؤدي التبريد إلى درجة حرارة التخزين إلى منع أي نمو جرثومي إضافي بمجرد انخفاض درجة الحرارة إلى أقل من -10 درجة مئوية. أخيرًا ، أثناء التخزين ، سيكون هناك انخفاض أولي في الأرقام القابلة للتطبيق ، يليه انخفاض بطيء بمرور الوقت. كلما انخفضت درجة حرارة التخزين ، كان معدل الوفيات أبطأ.

كما هو الحال مع التبريد ، لن يجعل التجميد المنتج غير الآمن آمنًا ، كما أن قدرته المميتة للميكروبات محدودة وستستمر السموم المشكلة مسبقًا. الدجاج المجمد ، بعد كل شيء ، مصدر مهم للسالمونيلا.

ستعتمد معدلات البقاء على قيد الحياة بعد التجميد على الظروف الدقيقة للتجميد وطبيعة المواد الغذائية وتكوين النبتات الدقيقة الخاصة بها ، ولكن تم تسجيلها بشكل مختلف بنسبة تتراوح بين 5 و 70٪. لا تتأثر الجراثيم البكتيرية تقريبًا بالتجميد ، ومعظم البكتيريا النباتية إيجابية الجرام مقاومة نسبيًا وتظهر سالبة الجرام أكبر حساسية.

في حين أن التخزين المجمد يعطل بشكل موثوق الكائنات الحية الأعلى مثل مسببات الأمراض والديدان الطفيلية ، فإن المواد الغذائية غالبًا ما تعمل كمواقي للبكتيريا للبكتيريا بحيث يمكن لمسببات الأمراض البكتيرية البقاء على قيد الحياة لفترات طويلة في حالة التجميد. في أحد الأمثلة المتطرفة ، تم عزل السالمونيلا بنجاح من الآيس كريم المخزن في - 23 درجة مئوية لمدة 7 سنوات.

يتم تحديد مدى الموت الميكروبي أيضًا بمعدل التبريد.

يُلاحظ الحد الأقصى للفتك مع التبريد البطيء حيث ، على الرغم من وجود صدمة باردة قليلة أو معدومة من قبل الكائنات الحية ، فإن التعرض لتركيزات عالية من الذائبة يطول. يكون البقاء على قيد الحياة أكبر مع التجميد السريع حيث يتم تقليل التعرض لهذه الظروف. لم يتم تصميم عمليات تجميد الأغذية مع ذلك لتعظيم فتك الميكروبات ولكن لتقليل فقدان جودة المنتج.

يؤدي تكوين بلورات ثلجية كبيرة والتعرض المطول لمحاليل الضغط الأسموزي المرتفع أثناء التبريد البطيء إلى إتلاف خلايا المواد الغذائية نفسها مما يؤدي إلى زيادة فقدان التنقيط وتدهور النسيج عند الذوبان ، لذا فإن التجميد السريع الذي يكون فيه المنتج في درجة حرارة التخزين خلال نصف ساعة هو طريقة الاختيار تجاريا.

معدل التجميد في المجمدات المنزلية أبطأ بكثير ، على الرغم من أن فتك الميكروبات قد يكون أكبر ، وكذلك فقدان جودة المنتج.

ذوبان الأطعمة المجمدة عملية أبطأ من التجميد. حتى مع وجود مادة ذات حجم معتدل ، سيكون الجزء الخارجي من المنتج في درجة حرارة الذوبان قبل بعض الوقت من الداخل. لذلك مع ارتفاع درجة حرارة الذوبان ، قد تنمو mesophiles على سطح المنتج بينما لا يزال الجزء الداخلي متجمدًا. يفضل بشكل عام الذوبان البطيء عند درجة حرارة منخفضة.

إنه له بعض التأثير المميت لأن الخلايا الميكروبية تعاني من ظروف معاكسة في نطاق 0 إلى 10 درجة مئوية لفترة أطول ، ولكنها ستسمح أيضًا للنمو النفسي. شريطة ألا يكون المنتج عرضة للتلوث بعد الذوبان ، فإن البكتيريا الدقيقة التي تتطور ستختلف عن تلك الموجودة على المواد الطازجة بسبب التأثير الانتقائي المميت للتجميد.

غالبًا ما تكون بكتيريا حمض اللاكتيك مسئولة عن تلف الخضروات المذابة بينما تشكل عمومًا حوالي 1٪ فقط من النباتات الدقيقة الموجودة على المنتجات الطازجة المبردة والتي تكون سالبة الجرام في الغالب.

قد يؤدي التجميد وإزالة الصقيع إلى جعل بعض الأطعمة أكثر عرضة للهجوم الميكروبيولو والخجول بسبب تدمير الحواجز المضادة للميكروبات في المنتج والتكثيف ، لكن الأطعمة المذابة لا تفسد بسرعة أكبر من تلك التي لم يتم تجميدها. يتم تحفيز أوامر منع إعادة تجميد المنتجات المذابة عن طريق فقدان الصفات التركيبية وغيرها من الصفات بدلاً من أي خطر ميكروبيولوجي يتم طرحه.


خلفية

تتزايد الإصابة بالأمراض المعدية الناشئة وهي مسؤولة عن انخفاض أعداد النباتات والحيوانات في النظم المدارة والبرية [20 ، 29 ، 68]. لفهم دوافع EIDs ، يدمج مجال علم البيئة المرضي سريع التطور الأساليب التقليدية لبيولوجيا الطفيليات في الأطر البيئية والتطورية [16]. كان أحد محاور التركيز الأخيرة هو فهم آثار تقلبات درجات الحرارة البيئية على المرض [11 ، 69]. تبين أن الاختلافات في الحجم والمدى والتنوع لتقلبات درجات الحرارة اليومية تؤثر على شدة انتقال الملاريا [40 ، 45] ، ومعدلات انتقال فيروس حمى الضنك [9 ، 30] ، والمكافحة الحيوية لناقل مرض شاغاس [18] ، وقابلية الإصابة من أذن البحر الأسود إلى متلازمة الذبول [4]. يمكن أن تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على نتائج المرض بسبب الحساسية الحرارية لصفات المضيف والممرض ، بما في ذلك نمو العوامل الممرضة والتكاثر [1 ، 10 ، 58]. نظرًا لأن نمو العوامل الممرضة والتكاثر مرتبطان بالفوعة [38] ، فإن فهم استجابات سمات تاريخ الحياة هذه للتغاير الحراري قد يكشف عن أنماط مهمة في الأمراض المعدية.

يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على البيئة المرضية لداء الفطريات الفطرية [57 ، 76] ، وهو مرض معدي قاتل ناشئ من البرمائيات والمسؤول عن الانخفاض العالمي في البرمائيات [63 ، 64]. يحدث داء الفطريات الفطرية بسبب الفطريات المسببة للأمراض Batrachochytrium dendrobatidis (ب) ، والتي لها تاريخ حياة معقد وحساس لدرجة الحرارة [5 ، 35]. متنقل ب تحلل الأبواغ الحيوانية في أنسجة البرمائيات الكيراتينية وتتطور إلى زوسبورانجيا [5 ، 48]. تنتج Zoosporangia الجيل التالي من الأبواغ الحيوانية وتطلقها في البيئة أو تعود إلى المضيف البرمائي [6 ، 35]. تتطلب دورة الحياة هذه درجات حرارة تتراوح بين 2-27 درجة مئوية تقريبًا في المختبر ، مع نطاق درجة حرارة مثلى بين 15 و 25 درجة مئوية وانخفاض في التكاثر والحيوية فوق 27 درجة مئوية [51 ، 66 ، 73 ، 78]. لأن الزيادات في ب ترتبط الأحمال مع شدة داء الفطريات الخلوية [72 ، 74] ، والتعرض لدرجات حرارة أعلى من ب الحد الأقصى للحرارة التي تؤثر سلبا ب قد يؤدي النمو والتكاثر إلى تقليل شدة الإصابة وإبطاء تقدم المرض [23 ، 26 ، 62].

حتى الآن ، ركزت دراسات درجة الحرارة في الغالب على ب الاستجابات عند درجات حرارة ثابتة (على سبيل المثال ، [51 ، 78]). ومع ذلك ، تعيش مضيفات البرمائيات في موائل دقيقة مع عدم تجانس حراري ملحوظ عبر الدورات اليومية والموسمية والسنوية (على سبيل المثال [43 ، 75]). قدمت دراسات درجة الحرارة الثابتة رؤى نقدية حول ب علم الأحياء ولكن لم يدرك مدى تأثير البيئات الحرارية المتقلبة الواقعية ب النمو والتكاثر. العمل الأخير من قبل رافيل وآخرون. [55] وجرينسبان وآخرون. [23] تشير إلى أن الظروف الحرارية المتقلبة يمكن أن يكون لها تأثيرات عميقة على ب النمو في المختبر وعلى تطور الفطريات الفطرية في الجسم الحي. تضيف هذه الدراسات إلى الأدلة في أنظمة الأمراض الأخرى أن تجارب درجات الحرارة الثابتة قد لا تكون قابلة للتعميم على ديناميكيات المرض في التجمعات البرية لأن التقلبات الحرارية يمكن أن يكون لها عواقب بيولوجية غير متناسبة على سمات الممرض [9 ، 30 ، 40 ، 45]. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤثر عدم التجانس الحراري على استمرارية العيش الحر ب في المسطحات المائية التي يستخدمها مضيفو البرمائيات. بينما آليات أو مدة ب الثبات في البيئات الطبيعية لا يزال غير واضح [7 ، 41] ، تشير النماذج إلى استمرار الثبات البيئي الممتد ب من المرجح أن يزيد المضيفون البرمائيات من خطر الانقراض المحلي [39]. فهم كيفية تأثير الأنظمة الحرارية الديناميكية ب خارج المضيفين أداة حماية مهمة لاستهداف أين ب هو (وليس) على منظر طبيعي [21].

في هذه الدراسة ، قمنا بفحص استجابات ب في الثقافة لتقلبات درجات الحرارة الواقعية بيولوجيًا التي تحاكي الظروف الحرارية للمسطحات المائية التي يستخدمها علجوم يوسمايت (أناكسروس [بوفو] كانوروس). ضفدع يوسمايت هو مستوطن في كاليفورنيا مهدد اتحاديًا وهو شديد التأثر بمرض الفطريات القاتلة في تجارب التعرض الخاضع للرقابة [32]. في حين ب تم الكشف عن الإصابة في جميع مراحل حياة ضفادع يوسمايت البرية [19]. ب في تدهور هذا النوع ليس مفهوما جيدا. تتكاثر ضفادع اليوسمايت وتتطور في أحواض ضحلة في مروج عالية الارتفاع في جبال سييرا نيفادا في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية ، والتي تخضع لتقلبات كبيرة في درجات الحرارة اليومية مقارنةً بالمروج. ب المدى الحراري (الشكل 1 أ [13 ، 28 ، 43]). ومع ذلك ، فمن غير الواضح كيف تؤثر هذه التقلبات في درجات الحرارة ب النمو والتكاثر وبالتالي البيئة المرضية لهذا النظام.

تقلبات درجات الحرارة اليومية المرصودة والتجريبية. أ درجة حرارة الماء على مدى 24 ساعة من 10 أحواض تكاثر مختلفة تحتوي على ضفادع يوسمايت الضفادع (الخطوط الرمادية الخط الأصفر يمثل البركة تتأرجح في 27.5 و 7.5 درجة مئوية). ب ملامح درجة حرارة الحاضنة على مدى 24 ساعة. درجة حرارة متذبذبة = درجة حرارة ثابتة سوداء عند الحد الأقصى للحرارة اليومية (27.5 درجة مئوية) = درجة حرارة ثابتة حمراء عند أدنى درجة حرارة يومية (7.5 درجة مئوية) = درجة حرارة ثابتة زرقاء عند المتوسط ​​الحراري اليومي (17.5 درجة مئوية) = أخضر. ب الحراري الأمثل (شريط مظلل أخضر) و ب يتم عرض التسامح الحراري (شريط مظلل باللون الرمادي) كمرجع

من أجل فهم أفضل ب استجابة للأنظمة الحرارية المتقلبة ، قمنا بجمع بيانات درجة الحرارة من أحواض تربية الضفادع Yosemite والمزروعة ب تحت ظروف حرارية متقلبة تحاكي درجات حرارة البركة (الشكل 1). لكي تقيم ب الاستجابات للتقلبات الحرارية ، قمنا بمقارنة العديد من سمات تاريخ الحياة الإنجابية لشخص واحد ب ينمو في درجات حرارة متذبذبة أو ثابتة. تمتد علاجاتنا ذات درجة الحرارة الثابتة إلى نطاق ب المدى الحراري وتمثل الحد الأدنى اليومي والمتوسط ​​اليومي والحد الأقصى اليومي لملف تعريف درجة الحرارة المتقلبة (الشكل 1 ب). نحن كميا ب النمو بمرور الوقت باستخدام قياسات الكثافة البصرية للثقافة ، وتعداد الأبواغ الحيوانية المتحركة ، وخصوبة الثقافة (نسبة الأبواغ الحيوانية المتحركة إلى الكثافة الضوئية) ، ومقايسات قابلية البقاء في زوسبورانجيا. افترضنا أن درجات الحرارة المتقلبة ستنخفض ب النمو بالمقارنة مع ب نمت عند متوسط ​​درجة حرارة يومية ثابتة تبلغ 17.5 درجة مئوية. لقد توقعنا أن التعرض لتقلبات درجات الحرارة اليومية سيقلل ب معدل النمو ، والخصوبة ، وحيوية zoosporangia ، وإنتاج zoospore ، ووقت ذروة إطلاق zoospore بالمقارنة مع ب نمت عند 17.5 درجة مئوية.


هذا هو السبب في أن الاحترار العالمي مسؤول عن درجات الحرارة المتجمدة في جميع أنحاء الولايات المتحدة

في كانون الثاني (يناير) 2014 ، أدت الدوامة القطبية المزاحة إلى درجات حرارة شديدة البرودة في أجزاء كثيرة من. [+] الولايات المتحدة ، مما تسبب في تجميد بحيرة ميشيغان بالقرب من شيكاغو ، كما هو موضح هنا. موجة البرد الحالية متشابهة للغاية في طبيعتها ، وتسبب الفوضى في معظم أنحاء الولايات المتحدة القارية في الوقت الحالي ، في عام 2019.

إدوارد ستوجاكوفيك / فليكر

البلد يتجمد بطريقة غير مسبوقة ، والاحترار العالمي هو السبب. صوت مجنون؟ إن الموجة الباردة التي تشهدها أمريكا الشمالية شرق الجبال الصخرية ، مع درجات حرارة عند مستويات شبيهة بالقطب الشمالي ، حقيقية ، لكنها جزء فقط من القصة. في الوقت نفسه ، هناك درجات حرارة قياسية دافئة تحدث في أجزاء أخرى من العالم ، من أستراليا إلى القطب الشمالي الفعلي.

في حين أن أقلية صغيرة ولكن صريحة من الناس قد تستخدم المنطق الخاطئ ، "الجو بارد في المكان الذي أكون فيه ، وبالتالي فإن الاحتباس الحراري ليس حقيقيًا" ، حتى أطفال المدارس يعرفون أن الطقس ليس مناخًا. لكن نوبات البرد القارس هذه أصبحت أكثر حدة في السنوات الأخيرة ، بسبب مزيج من الاحتباس الحراري وظاهرة سمعت عنها على الأرجح: الدوامة القطبية. إليك علم كيفية عملها ، ولماذا يلعب الاحترار العالمي دورًا رئيسيًا بشكل متناقض في درجات الحرارة المنخفضة القياسية اليوم.

الفرق بين دوامة قطبية قوية ومستقرة (L) ودوامة ضعيفة وغير مستقرة يمكن أن تسبب. [+] الطقات الباردة والطقس شديد البرودة عبر خطوط العرض الوسطى (R) ، مثل الحدث الذي نشهده الآن.

عندما تفكر في الأرض ، بما في ذلك الطقس والمناخ ودرجة الحرارة ، ما الصورة التي تراها في رأسك؟

أفضل طريقة لتصوير الأرض هي أن تكون كرة تدور حول محورها ، ولكن مع تأثيرين إضافيين: الغلاف الجوي والمحيطات. عندما تدور الأرض حول محورها ، نشعر بالاحترار أثناء النهار (في ضوء الشمس المباشر) والتبريد في الليل (في الظلام) ، حيث تشع الأرض حرارتها المخزنة بعيدًا في أعماق الفضاء. عندما يميل نصف الكرة الأرضية نحو الشمس ، نشهد أشهر الصيف عندما يميل نصف الكرة الأرضية بعيدًا عن الشمس ، فنحن نشهد أشهر الشتاء.

يخزن المحيط كميات هائلة من الحرارة ، حيث تنقل تيارات المحيط تلك الحرارة من مكان إلى آخر. ولكن فيما يتعلق بأحداث الطقس هذه التي نشهدها الآن ، فإن الغلاف الجوي هو العامل الأكبر.

يوضح هذا الرسم الدوران العالمي للغلاف الجوي للأرض. المدرجة في هذا العرض هي هادلي. [+] الخلايا وخلايا فيريل والخلايا القطبية ، إلى جانب ست مناطق مختلفة في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي تعرض الرياح السائدة.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز كايدور

على أي كوكب يدور ، سيكون لديك تأثير يسمى الرياح السائدة. بينما يدور الغلاف الجوي حول العالم ، يواجه كوكب الأرض عادةً ثلاثة أنواع مختلفة من الرياح ، وعادةً ما تكون محصورة في ثلاث مناطق مختلفة من خطوط العرض:

  • من 0 درجة إلى 30 درجة: حيث نحصل على الرياح التجارية التي تهب من الشرق إلى الغرب وتتقارب عند خط الاستواء.
  • 30 درجة إلى 60 درجة: التي تعطينا الغرب ، الذي ينفجر من الغرب إلى الشرق ، ويصعد نحو القطب الشمالي (أو نحو القطب الجنوبي).
  • 60 درجة إلى 90 درجة: الخلايا القطبية ، التي تقتصر عادةً على مناطق خط العرض الأعلى على الأرض.

على الرغم من اختلاف نطاقات خطوط العرض ، إلا أن هذه الظاهرة شائعة في معظم الكواكب ذات الأغلفة الجوية التي تدور بسرعة كبيرة ، بما في ذلك كوكب الزهرة والمريخ والمشتري وزحل. ومع ذلك ، فإن الأرض مميزة بعض الشيء.

تكون درجات حرارة المحيط دافئة بدرجة كافية في المناطق الاستوائية ، خلال المواسم المناسبة ، لتتشكل. [+] الأعاصير المدارية ، وتكون باردة بدرجة كافية ، في مواسم الشتاء ، لتشكيل دوامات قطبية شديدة.

فريق بيركلي لدرجة حرارة سطح الأرض (BEST)

بسبب رقة الغلاف الجوي للأرض ، وميلنا المحوري الكبير ، وسلوك الغطاء السحابي والانعكاس في القطبين ، وعدد من العوامل الأخرى ، فإن كوكبنا له فرق كبير للغاية في درجة الحرارة بين خط الاستواء والقطبين. يكون هذا الاختلاف في درجات الحرارة أصغر في الصيف ، عندما تتعرض المناطق القطبية لما يقرب من 24 ساعة من ضوء الشمس المستمر ، والأكبر في الشتاء ، حيث يكون الليل دائمًا تقريبًا.

نتيجة لهذه الاختلافات الشديدة في درجات الحرارة ، توجد منطقة ضغط منخفض مستمرة وواسعة النطاق تدور بطريقة تشبه الإعصار في كل قطب: من الغرب إلى الشرق. (عكس اتجاه عقارب الساعة في القطب الشمالي ، في اتجاه عقارب الساعة في القطب الجنوبي.) تُعرف هاتان المنطقتان باسم الدوامات القطبية ، وتبدأ كل منهما على بعد أميال قليلة في الغلاف الجوي وتمتد جيدًا في الستراتوسفير.

يحكم التفاعل بين الغلاف الجوي والغيوم والرطوبة والعمليات الأرضية والمحيطات. [+] تطور درجة حرارة توازن الأرض. طبقة الستراتوسفير ، على وجه الخصوص ، لها أهمية هائلة لظواهر مثل الدوامة القطبية في القطب الشمالي.

ناسا / متحف سميثسونيان للطيران والفضاء

تحتها ، ستجد عادةً كتلة كبيرة من الهواء البارد الكثيف تحيط بكل قطب. عادة ، تكون هذه الدوامات مستقرة بدرجة كافية ، حيث تكون الاختلافات في درجات الحرارة والضغط شديدة بدرجة كافية ، لإبقائها في مكانها طوال العام.

عندما تكون الدوامات في أقوى حالاتها ، تحصل على خلية واحدة ، والهواء محصور جيدًا للغاية. عندما تضعف الدوامات ، يمكن أن تنقسم إلى خليتين أو أكثر ، وتبدأ في الهجرة بعيدًا عن القطبين. عندما تكون ضعيفة للغاية ، فإنها يمكن أن تتفتت ، وبعض من هذا الضغط المنخفض ، يمكن أن يبدأ الهواء ذو ​​درجة الحرارة المنخفضة في التفاعل مع الضغط العالي ، الهواء ذو ​​درجة الحرارة الأعلى من خارج المناطق القطبية.

الأرض في عام 2013 (على اليسار) بدوامة قطبية قوية وحيدة الخلية محددة جيدًا ، جنبًا إلى جنب مع الأرض في. [+] 2014 (على اليمين) حيث أصبحت الدوامة القطبية ضعيفة للغاية ، وهاجرت فوق مساحات اليابسة المكتظة بالسكان في خطوط العرض الوسطى.

على الرغم من أن المصطلح كان موجودًا منذ خمسينيات القرن التاسع عشر ، إلا أن القليل من الناس سمعوا عن الدوامة القطبية حتى وقت سابق من هذا العقد ، عندما أصبحت ضعيفة جدًا لدرجة أنها هاجرت فوق قارات أمريكا الشمالية وأوراسيا ، مما تسبب في بعض أبرد طقس شتوي رأيناه في التاريخ الحديث.

عندما تصبح الدوامة في القطب الشمالي ضعيفة للغاية ، يمكن لمناطق الضغط المرتفع الموجودة في خطوط العرض الوسطى للأرض (حيث توجد الغرب) أن تدفع نحو القطبين ، مما يؤدي إلى إزاحة الهواء البارد. يؤدي هذا إلى تحرك الدوامة القطبية بعيدًا جنوبًا. بالإضافة إلى ذلك ، ينحرف التيار النفاث وينحرف نحو خطوط العرض الجنوبية الأكثر اكتظاظًا بالسكان. نظرًا لأن الهواء البارد والجاف من القطبين يتلامس مع الهواء الدافئ الرطب في خطوط العرض الوسطى ، فإنك تحصل على تغير جذري في الطقس نشير إليه تقليديًا على أنه موجة باردة.

عندما تضعف الدوامة القطبية حول القطب الشمالي ، فإنها تسبب الكثير من الهواء البارد في الأعالي. [+] اختلاط خطوط العرض مع الهواء الدافئ في خطوط العرض الوسطى. يؤدي هذا إلى دفع التيار النفاث جنوباً ، وجلب الهواء البارد إلى المناطق المكتظة بالسكان ، ويخلق الظروف المناسبة لموجة البرد.

يرجع الطقس الذي نشهده في معظم أنحاء نصف الكرة الشمالي إلى هذه الظاهرة بالضبط ، التي تحدث الآن.

ولكن كيف يتم إلقاء اللوم على ظاهرة الاحتباس الحراري؟

الإجابة بسيطة: لأن الظاهرة التي تتسبب في انهيار الدوامة القطبية تُعرف باسم الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير ، حيث تزداد درجة حرارة الطبقات العليا من الغلاف الجوي بحوالي 30-50 درجة مئوية (54-90 درجة فهرنهايت) على مدى الامتداد. لأيام قليلة فقط. حقيقة أن هناك كتل أرضية تقع في مكان وجودها في نصف الكرة الشمالي يعني أنه مع ارتفاع درجات حرارة الأرض ، فإنها تنقل حرارتها إلى المزيد من خطوط العرض الشمالية.

عادةً ما تكون الدوامة القطبية عبارة عن منطقة أحادية الخلية أو مزدوجة الخلية تتركز عند خطوط العرض القطبية. . [+] ومع ذلك ، فإن أحداث الاحترار على طول اليابسة وفي البحر بالقرب من القطبين قد غيرت درجات الحرارة وتدرجات الضغط في السنوات الأخيرة ، وتسبب في عدم استقرار الدوامة القطبية. ينتج عن هذا ظواهر الطقس المتطرفة التي نشهدها مؤخرًا.

التفاصيل الدقيقة لكيفية عمل هذا معقدة ، لكن التفسير بسيط: درجات حرارة الأرض الأكثر دفئًا ، خاصة في شمال أمريكا الشمالية وشمال أوراسيا ، تسمح بنقل المزيد من الحرارة إلى الستراتوسفير في القطب الشمالي. تجعل الأرض الأكثر دفئًا أحداث الاحترار المفاجئ في الستراتوسفير أكثر احتمالية وتكرارًا. وتؤدي هذه الأحداث إلى زعزعة استقرار الدوامة القطبية ، وجلب الهواء البارد إلى خطوط العرض الوسطى ، وتسبب الطقس القاسي الذي نشهده الآن.

خريطة درجة حرارة الأرض في يوم الأحد 27 يناير. لاحظ كيف جنوب القطب الجنوبي. [+] المنطقة بهوائها البارد محصور نسبيًا ، في حين أن المنطقة القطبية الشمالية بها مناطق أكثر برودة ودفئًا في مواقع غير مستوية ، وربما غير متوقعة.

As the Earth continues to warm, there will be reduced snow cover and less sea ice in these critical regions, which alters the pressure and temperature gradients of the regions at the boundary of the polar vortex. In extreme cases, the polar vortex weakens or collapses as a result. The migration of the jet stream is one of the first signs, and it has become an all-too-frequent phenomenon in recent years.

The enormous cold snap we experienced in 2014 wasn't a one-off event. Although for many, that storm was so memorable it feels like it was only yesterday, we can absolutely expect these types of extreme weather events to become commonplace in the coming years. The climate is changing, and it's affecting our weather in a variety of ways all across the globe.

In January of 2014, the term polar vortex came into the popular lexicon with a catastrophic cold . [+] snap that affected large portions of North America, causing enormous portions of Niagara Falls to freeze over, among other things. We can expect these events to be far more frequent going forward.

Perhaps paradoxically, it's a strong, extremely cold polar vortex that results in stable, warm temperatures across the more populous mid-latitudes in winter. This is one effect of climate change that's already here, and will take centuries, in the best-case scenario, to reverse. There are freezing temperatures and an extraordinary cold snap affecting huge portions of the land mass in the northern hemisphere's mid-latitudes right now, but this won't feel extraordinary for long.

As the Earth continues to warm, extreme weather events like this will become commonplace, with many climatologists predicting an unstable polar vortex bringing storms like this to us multiple times per decade. Welcome to the new normal, courtesy of global warming, where the Arctic can't even remain cold in the dead of winter.


A Degree of Concern: Why Global Temperatures Matter

If you could ask a sea turtle why small increases in global average temperature matter, you&rsquod be likely to get a mouthful. Of sea grass, that is.

Of course, sea turtles can&rsquot talk, except in certain animated movies. And while on-screen they&rsquore portrayed as happy-go-lucky creatures, in reality it&rsquos pretty tough to be a sea turtle, dude (consider the facts), and in a warming world, it&rsquos getting tougher.

Since the temperature of the beach sand that female sea turtles nest in influences the gender of their offspring during incubation, our warming climate may be driving sea turtles into extinction by creating a shortage of males, according to several studies. 1

A few degrees make a huge difference. At sand temperatures of 31.1 degrees Celsius (88 degrees Fahrenheit), only female green sea turtles hatch, while at 27.8 degrees Celsius (82 degrees Fahrenheit) and below, only males hatch.

While the plight of sea turtles is illustrative, it&rsquos a fact that all natural and human systems are sensitive to climate warming in varying degrees. To assess the likely impacts of global warming on our planet at various temperature thresholds above pre-industrial levels (considered to be the time period between 1850 and 1900), the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) in October released a Special Report on Global Warming of 1.5 Degrees Celsius (2.7 Degrees Fahrenheit). The IPCC is the United Nations body tasked with assessing the science related to climate change.

The report examined the impacts of limiting the increase in global average temperature to well below 2 degrees Celsius (3.6 degrees Fahrenheit) above pre-industrial levels, and projected the impacts Earth is expected to see at both 1.5 degrees and 2 degrees Celsius warming above those levels. The 1.5-degree Celsius threshold represents the target goal established by the Paris Agreement, adopted by 195 nations in December 2015 to address the threat of climate change.

The following interactive presents selected highlights from the report:

The report, prepared by 91 authors and review editors from 40 countries along with 133 contributing authors, cites more than 6,000 scientific references and includes contributions from thousands of expert reviewers around the world, including from NASA. NASA data were critical to enabling understanding of how each half degree of warming will impact our planet. NASA models contributed to the report&rsquos projections, while NASA satellite and airborne observations provided critical inputs.

&ldquoUnfortunately, warming has progressed so much that we now have observations of what happens when you have an extra half a degree,&rdquo said Drew Shindell, professor of Climate Sciences at the Nicholas School of the Environment at Duke University in Durham, North Carolina. Shindell is a coordinating lead author of one chapter of the Special Report and an author of its Summary for Policy Makers. &ldquoHaving an extra five to 10 years since the last IPCC Assessment, along with modern monitoring systems, many of which are from NASA, really lets us see what happens to the planet with an extra half a degree of warming much more clearly than in the past.&rdquo

The report says that since the pre-industrial period, human activities are estimated to have increased Earth&rsquos global average temperature by about 1 degree Celsius (1.8 degrees Fahrenheit), a number that is currently increasing by 0.2 degrees Celsius (0.36 degrees Fahrenheit) every decade. At that rate, global warming is likely to reach 1.5 degrees Celsius above pre-industrial levels sometime between 2030 and 2052, with a best estimate of around 2040.

Warming that&rsquos already been introduced into the Earth system by human-produced emissions since the start of the pre-industrial period isn&rsquot expected to dissipate for hundreds to thousands of years. That already &ldquobaked in&rdquo warming will continue to cause further long-term changes in our climate, such as sea level rise and its associated impacts. However, the report says that these past emissions alone are not considered likely, by themselves, to cause Earth to warm by 1.5 degrees Celsius. In other words, what we as a society do now matters. The urgency with which the world addresses greenhouse gas emission reductions now will help determine the degree of future warming in essence, whether we&rsquoll be hit by a climate change hardball or a wiffle ball.

You might be thinking, &ldquoWhy should I care if temperatures go up another half a degree or one degree? Temperatures go up and down all the time. What difference does it make?&rdquo

The answer is, a lot. Higher temperature thresholds will adversely impact increasingly larger percentages of life on Earth, with significant variations by region, ecosystem and species. For some species, it literally means life or death.

&ldquoWhat we see isn&rsquot good &ndash impacts of climate change are in many cases larger in response to a half a degree (of warming) than we&rsquod expected,&rdquo said Shindell, who was formerly a research scientist at NASA&rsquos Goddard Institute for Space Studies in New York City. &ldquoWe see faster acceleration of ice melting, greater increases in tropical storm damages, stronger effects on droughts and flooding, etc. As we calibrate our models to capture the observed responses or even simply extrapolate another half a degree, we see that it&rsquos more important than we&rsquod previously thought to avoid the extra warming between 1.5 and 2 degrees Celsius.&rdquo

Shindell said the report was able to use scientists&rsquo understanding from observations to assess how many more people would be at risk from the impacts of climate change with an additional half a degree of warming. &ldquoIt&rsquos hundreds of millions,&rdquo he said, &ldquowhich makes clear the importance of keeping warming as low as possible.&rdquo

NASA&rsquos global climate change website, and its vital signs section, document what a 1-degree Celsius temperature increase has already done to our planet. The impacts of global warming are being felt everywhere, from rising sea levels to more extreme weather, more frequent wildfires, and heatwaves and increased drought, to name a few. Because our society has been built around the climate Earth has had for the past approximately 10,000 years, when it changes noticeably, as it has done in recent decades, people begin to take notice. Today, most people realize Earth&rsquos climate is changing. A December 2018 report by Yale and George Mason Universities found that seven in 10 Americans think global warming is happening, with about six in 10 saying it is mostly caused by humans.

We live in a world bound by the laws of physics. For example, at temperatures above 0 degrees Celsius (32 degrees Fahrenheit), ice, including Earth&rsquos polar ice sheets and other land ice, begins to melt and changes from a solid to a liquid. When that water flows downward into the ocean, it raises global sea level.

Similarly, temperature plays a critical role in biology. We all know the average temperature of a healthy adult human is about 37 degrees Celsius (98.6 degrees Fahrenheit). You don&rsquot have to ask anyone running a fever of 38.3 degrees Celsius (101 degrees Fahrenheit) if a couple of degrees matters. Our bodies are optimized to run at a certain temperature. According to most studies, humans feel most comfortable, are most productive and function best when the ambient temperature around us is roughly 22 degrees Celsius (71.6 degrees Fahrenheit). Vary that temperature by more than a few degrees in either direction and we seek to warm or cool ourselves if we can. Our bodies also make adjustments, such as sweating.

When ambient temperatures become too extreme, the impacts on human health can be profound, even deadly.

Plants and other animals have it tougher. While they also adjust to their external temperature environment through various mechanisms, they can&rsquot just turn on an air conditioner or furnace like we can, and they may not be able to migrate. They survive within specific, defined habitats.

For all living organisms, the faster climate changes, the more difficult it is to adapt to it. When climate change is too rapid, it can lead to species extinction. As greenhouse gas concentrations continue to increase, the cumulative impact will be to accelerate temperature change. Limiting warming to 1.5 degrees Celsius decreases the risks of long-lasting or irreversible changes, such as the loss of certain ecosystems, and allows people and ecosystems to better adapt.

So just how may another half- or full-degree Celsius of warming affect our planet? In part two of our feature, we look at some of the IPCC special report&rsquos specific projections.


What does cold temperature do to enzymes?

At very cold temperatures, the opposite effect dominates &ndash molecules move more slowly, reducing the frequency of إنزيم-substrate collisions and therefore decreasing enzyme activity. نتيجة ل، إنزيم-substrate collisions are extremely rare once freezing occurs and enzyme activity is nearly zero below freezing.

Likewise, do enzymes denature at cold temperatures? The shape of an إنزيم also depends on its درجة الحرارة. متي الانزيمات get too warm, they get too loose. And when they get too البرد, then they get too tight. إذا كان درجة الحرارة is increased too much, the rate of reaction will diminish due to تغيير الطبيعة or change in shape of the إنزيم.

In this regard, why do cold temperatures slow down enzymes?

قليل درجات الحرارة result in lower kinetic energy of particles, so this translates to less/أبطأ activity by both the إنزيم AND the substrate. Therefore, fewer substrates will come in contact with the إنزيم. That said, different الانزيمات have different optimal درجة الحرارة نطاقات.

What temperature do enzymes denature?

This optimal درجة الحرارة is usually around human body درجة الحرارة (37.5 o C) for the الانزيمات in human cells. Above this درجة الحرارة ال إنزيم structure begins to break down (تفسد) since at higher درجات الحرارة intra- and intermolecular bonds are broken as the إنزيم molecules gain even more kinetic energy.


Feeding behaviour and nutrition requirements

Tilapia ingest a wide variety of natural food organisms, including plankton, some aquatic macrophytes, planktonic and benthic aquatic invertebrates, larval fish, detritus, and decomposing organic matter. With heavy supplemental feeding, natural food organisms typically account for 30 to 50 percent of tilapia growth. (In supplementally fed channel catfish only 5 to 10 percent of growth can be traced to ingestion of natural food organisms.) Tilipia are often considered filter feeders because they can efficiently harvest plankton from the water.

However, tilapia do not physically filter the water through gill rakers as efficiently as true filter feeders such as gizzard shad and silver carp. The gills of tilapia secrete a mucous that traps plankton. The plankton-rich mucous, or bolus, is then swallowed. Digestion and assimilation of plant material occurs along the length of the intestine (usually at least six times the total length of the fish).

The Mozambique tilapia is less efficient than the Nile or Blue tilapia at harvesting planktonic algae. Two mechanisms help tilapia digest filamentous and planktonic algae and succulent higher plants:

  1. Physical grinding of plant tissues between two pharyngeal plates of fine teeth
  2. A stomach pH below 2, which ruptures the cell walls of algae and bacteria.

The commonly cultured tilapias digest 30 to 60 percent of the protein in algae blue-green algae is digested more efficiently than green algae.

When feeding, tilapias do not disturb the pond bottom as aggressively as common carp. However, they effectively browse on live benthic invertebrates and bacteria-laden detritus. Tilapias also feed on midwater invertebrates. They are not generally considered piscivorous, but juveniles do consume larval fish.

In general, tilapias use natural food so efficiently that crops of more than 2,700 pounds of fish per acre (3,000 kg/ha) can be sustained in well-fertilised ponds without supplemental feed. The nutritional value of the natural food supply in ponds is important, even for commercial operations that feed fish intensively.

In heavily fed ponds with little or no water exchange, natural food organisms may provide one-third or more of total nutrients for growth. In general, tilapia digest animal protein in feeds with an efficiency similar to that of channel catfish, but are more efficient in the digestion of plant protein, especially more fibrous materials.

Tilapia require the same ten essential amino acids as other warm water fish, and, as far as has been investigated, the requirements for each amino acid are similar to those of other fish. Protein requirements for maximum growth are a function of protein quality and fish size and have been reported as high as 50 percent of the diet for small fingerlings. However, in commercial food fish ponds the crude protein content of feeds is usually 26 to 30 percent, one tenth or less of which is of animal origin. The protein content and proportion of animal protein may be slightly higher in recirculating and flow-through systems.

The digestible energy requirements for economically optimum growth are similar to those for catfish and have been estimated at 8.2 to 9.4 kcal DE (digestible energy) per gram of dietary protein. Tilapia may have a dietary requirement for fatty acids of the linoleic (n-6) family. Tilapia appear to have similar vitamin requirements as other warm water fish species. Vitamin and mineral premixes similar to those added to catfish diets are usually incorporated in commercial tilapia feeds. The feeding behaviour of tilapia allows them to use a mash (unpelleted feeds) more efficiently than do catfish or trout, but most commercial tilapia feeds are pelletised to reduce nutrient loss. In the absence of feeds specifically prepared for tilapia, a commercial catfish feed with a crude protein content of 28 to 32 percent is appropriate in the United States.


الوقاية

How can you prevent hypothermia?

When it is cold, you should wear a hat that covers the ears and warm, dry clothing. Older people and children should take extra care to prevent hypothermia by:

  • Dressing in layers and keeping warm clothes nearby
  • Keeping homes at a temperature above 68° F
  • Moving around when you feel cold so you can increase your body temperature
  • Eating and drinking warm foods and beverages
  • Wearing appropriate clothing outdoors, including hats, mittens, coats and footwear
  • Taking regular breaks and coming inside to warm up whenever spending time outside

Median Lethal Dose Limitations

While the LD50 is a useful indicator of toxicity, there are also some inherent limitations associated with this method. Such drawbacks include:

  1. Variability between testing facilities, which can produce unreliable results.
  2. Genetic variability in the tested subjects. Thus, depending on the sample population, the LD50 may vary.
  3. The route of delivery (e.g., intravenous, intermuscular, subcutaneous, etc.).
  4. Animal species used for testing. For example, a substance that is innocuous in one species could be lethal in another (e.g., chocolate is lethal to dogs but safe for humans).

1. A substance with a low LD50 is considered to be: (Multiple Choice)
أ. Lethal at a lower dose
ب. Lethal at a higher dose
ج. Highly toxic
د. Minimally toxic


What isn’t known

There are still many mysteries about this virus and coronaviruses in general – the nuances of how they cause disease, the way they interact with proteins inside the cell, the structure of the proteins that form new viruses and how some of the basic virus-copying machinery works.

Another unknown is how COVID-19 will respond to changes in the seasons. The flu tends to follow cold weather, both in the northern and southern hemispheres. Some other human coronaviruses spread at a low level year-round, but then seem to peak in the spring. But nobody really knows for sure why these viruses vary with the seasons.

What is amazing so far in this outbreak is all the good science that has come out so quickly. The research community learned about structures of the virus spike protein and the ACE2 protein with part of the spike protein attached just a little over a month after the genetic sequence became available. I spent my first 20 or so years working on coronaviruses without the benefit of either. This bodes well for better understanding, preventing and treating COVID-19.

By Benjamin Neuman, Professor of Biology, Texas A&M University-Texarkana. تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. Read the original article.


شاهد الفيديو: انخفاض درجة حرارة الجسم ومدة خطورتها (شهر فبراير 2023).