Načini preživljavanja živih organizama u nepovoljnim uslovima (zimovanje, hibernacija, suspendovana animacija, migracija, itd.)
Odjeljci: Biologija
Ciljevi: povećati oblasti znanja učenika; naučiti analizirati fenomen privremenog prestanka vitalne aktivnosti kod živih organizama koji je koriste kao sredstvo prilagođavanja i preživljavanja u nepovoljnim uvjetima.
Oprema: stolovi mekušaca, rakova, insekata, riba, vodozemaca, gmizavaca, ptica, sisara.
Zimska sezona je nepovoljna za mnoge predstavnike životinjskog i biljnog svijeta, kako zbog niskih temperatura, tako i zbog naglog smanjenja mogućnosti dobivanja hrane. Tokom evolucijskog razvoja, mnoge vrste životinja i biljaka stekle su jedinstvene adaptivne mehanizme za preživljavanje u nepovoljnim godišnjim dobima. Kod nekih vrsta životinja pojavio se i uspostavio instinkt za stvaranjem rezervi hrane; drugi su razvili drugu adaptaciju - migraciju. Poznati su nevjerojatno dugi letovi mnogih vrsta ptica, migracije nekih vrsta riba i drugih predstavnika životinjskog svijeta. Međutim, u procesu evolucije uočen je još jedan savršeni fiziološki mehanizam adaptacije kod mnogih životinjskih vrsta - sposobnost pada u naizgled beživotno stanje, koje se različito manifestira kod različitih životinjskih vrsta i ima različite nazive (anabioza, hipotermija itd.). ). U međuvremenu, sva ova stanja karakteriše inhibicija vitalnih funkcija organizma na minimum koji mu omogućava da preživi nepovoljne zimske uslove bez jela. One vrste životinja koje se zimi ne mogu snabdjeti hranom padaju u slično stanje zamišljene smrti i prijeti im smrt od hladnoće i gladi. A sve to, razvijeno u procesu evolucije, podliježe strogoj prirodnoj svrsishodnosti - potrebi očuvanja vrste.
Hibernacija je rasprostranjena pojava u prirodi, uprkos činjenici da se njene manifestacije razlikuju među predstavnicima određenih grupa životinja, bilo da se radi o životinjama s nestabilnom tjelesnom temperaturom (poikilotermne), koje se nazivaju i hladnokrvnim, kod kojih temperatura tijela ovisi o okolini. temperature, ili životinje sa konstantnom tjelesnom temperaturom (homeotermne), koje se nazivaju i toplokrvnim.
Među životinjama s nestabilnom tjelesnom temperaturom u hibernaciju odlaze razne vrste mekušaca, rakova, paukova, insekata, riba, vodozemaca i gmizavaca, a među životinjama s konstantnom tjelesnom temperaturom nekoliko vrsta ptica i mnoge vrste sisara.
Kako zimuju puževi?
Od tipa mekog tela do hibernacija Mnoge vrste puževa padaju (na primjer, svi kopneni puževi). Obični baštenski puževi ulaze u hibernaciju u oktobru, koja traje do početka aprila. Nakon dugog pripremnog perioda, tokom kojeg akumuliraju potrebno hranljive materije, puževi pronalaze ili kopaju rupe kako bi nekoliko jedinki zajedno prezimilo duboko pod zemljom, gdje će se temperatura održavati na 7 - 8°C. Nakon što su dobro zatvorili jame, puževi se spuštaju na dno i leže s otvorom školjke prema gore. Zatim zatvaraju ovaj otvor, oslobađajući ljigavu tvar koja se ubrzo stvrdne i postane elastična (kao film). Uz značajno hlađenje i nedostatak hranjivih tvari u tijelu, puževi se još dublje zarivaju u zemlju i stvaraju još jedan film, stvarajući tako zračne komore koje igraju ulogu odličnog izolatora. Utvrđeno je da tokom duge zime puževi gube više od 20% svoje težine, a najveći gubitak se javlja u prvih 25-30 dana. To se objašnjava činjenicom da svi metabolički procesi postupno odumiru kako bi dosegli minimum na kojem životinja pada gotovo u stanje suspendirane animacije s jedva primjetnim vitalnim funkcijama. Tokom hibernacije, puž se ne hrani i disanje gotovo prestaje. U proleće, kada je prvi toplih dana a temperatura tla dostiže 8-10°C, kada počne da se razvija vegetacija i padaju prve kiše, puževi puze iz svojih zimskih skloništa. Tada počinje intenzivna aktivnost na obnavljanju iscrpljenih rezervi hrane u njihovom tijelu; to se izražava u apsorpciji ogromne količine hrane u odnosu na njihov organizam.
Ribarski vodeni puževi također ulaze u stanje hibernacije - većina njih se zakopava u mulj na dnu akumulacije u kojoj žive.
Gdje zimuju rakovi?
Svi znaju popularnu prijetnju: „Pokazaću ti gdje zimuju rakovi!“ Veruje se da se ova izreka pojavila u vreme kmetstva, kada su zemljoposednici, kažnjavajući krive kmetove, terali da zimi love rakove. U međuvremenu, poznato je da je to gotovo nemoguće, budući da rakovi zimu provode zakopani duboko u rupama na dnu rezervoara.
Sa sistematske tačke gledišta, klasa rakova podijeljena je u dvije podklase - više i niže rakova.
Među višim rakovima riječni, močvarni i jezerski rakovi padaju u stanje hibernacije. Mužjaci zimuju u grupama u dubokim rupama na dnu, a ženke same u jazbinama, a u novembru na svoje kratke noge lijepe oplođena jajašca iz kojih se tek u junu izlegu rakovi veličine mrava.
Od nižih rakova interesantne su vodene buhe (rod Daphnia). Polažu, zavisno od uslova, dve vrste jaja - letnja i zimska. Zimska jaja imaju izdržljivu ljusku i formiraju se u nepovoljnim životnim uslovima. Za neke vrste nižih rakova je sušenje, pa čak i zamrzavanje jaja neophodan uslov da nastave svoj razvoj.
Dijapauza kod insekata
Po broju vrsta insekti nadmašuju sve druge klase. Njihova tjelesna temperatura zavisi od okruženje, što ima snažan uticaj na brzinu vitalnih uticaja, a niske temperature značajno smanjuju ovu brzinu. Na negativnim temperaturama, cjelokupni razvoj insekta se usporava ili praktički zaustavlja. Ovo anabiotsko stanje, poznato kao "dijapauza", je reverzibilni prekid razvojnih procesa i uzrokovano je vanjskim faktorima. Dijapauza nastaje kada nastanu uslovi nepovoljni za život i nastavlja se tokom cijele zime sve dok s početkom proljeća uslovi ne postanu povoljniji.
Početak zimske sezone je odgođen različite vrste insekti u različitim fazama svog razvoja, u kojima zimuju - u obliku jaja, ličinki, kukuljica ili odraslih oblika, ali obično svaka pojedina vrsta ulazi u dijapauzu u određenom stupnju svog razvoja. Tako, na primjer, sedam tačaka ladybug zimuje kao odrasla osoba.
Karakteristično je da zimovanju insekata prethodi određena fiziološka priprema njihovog tijela, koja se sastoji od nakupljanja slobodnog glicerola u njihovim tkivima, koji sprječava smrzavanje. To se događa u fazi razvoja insekata u kojoj će provesti zimu.
Čak i sa pojavom prvih znakova zahlađenja u jesen, insekti nalaze udobna skloništa (ispod kamenja, ispod kore drveća, ispod opalog lišća u jazbinama u tlu, itd.), gdje je nakon snježnih padavina temperatura umjereno niska i uniforma.
Trajanje dijapauze kod insekata direktno ovisi o rezervama tjelesne masti. Pčele ne ulaze u dugu dijapauzu, ali ipak utrnu na temperaturama od 0 do 6°C i u tom stanju mogu ostati 7-8 dana. Na nižim temperaturama umiru.
Zanimljivo je i kako insekti tačno određuju trenutak kada treba da izađu iz anabiotskog stanja. Naučnik N.I. Kalabukhov je proučavao suspendovanu animaciju kod nekih vrsta leptira. Otkrio je da trajanje dijapauze varira među pojedinačnim vrstama. Na primjer, leptir paun je ostao u stanju suspendirane animacije 166 dana na temperaturi od 5,9 °C, dok je svilenoj bubi bilo potrebno 193 dana na temperaturi od 8,6 °C. Prema naučniku, čak i razlike u geografskom području utiču na trajanje dijapauze.
Da li ribe hiberniraju tokom zime?
Neke vrste široke klase riba također se na jedinstven način prilagođavaju niskim temperaturama vode zimi. Normalna tjelesna temperatura ribe nije konstantna i odgovara temperaturi vode. Kada temperatura vode iznenada naglo padne, riba pada u stanje šoka. Međutim, dovoljno je da se voda zagrije i brzo “ožive”. Eksperimenti su pokazali da smrznuta riba oživljava samo u slučajevima kada joj se krvni sudovi ne smrznu.
Neke ribe koje žive u vodama Arktika prilagođavaju se niskim temperaturama vode zimi na originalan način: mijenjaju sastav krvi. Kako temperatura vode pada u jesen, u njihovoj krvi se nakupljaju soli u koncentraciji koja je tipična za morsku vodu, a krv se pritom teško smrzava (neka vrsta antifriza).
Od slatkovodne ribe još u novembru šaran, ruš, smuđ, som i drugi idu u zimski san. Kada temperatura vode padne ispod 8 - 10°C, ove ribe sele se u dublje dijelove akumulacija, zakopavaju se u velikim grupama u mulju i tamo ostaju u stanju hibernacije tokom cijele zime.
Neki morske ribe Takođe podnose ekstremnu hladnoću u stanju hibernacije. Na primjer, haringa se već u jesen približava obali Arktičkog oceana kako bi na dnu nekog malog zaljeva pala u stanje hibernacije. Crnomorski inćun također zimuje u južnim regijama mora - uz obalu Gruzije; u ovom trenutku nije aktivan i ne konzumira hranu. A prije početka zime, azovski inćun migrira u Crno more, gdje se okuplja u grupama u relativno sjedilačkom stanju.
Hibernaciju u ribama karakterizira izuzetno ograničena aktivnost, potpuni prestanak prehrane i nagli pad metabolizma. U to vrijeme njihovo tijelo je podržano rezervama hranjivih tvari koje su akumulirane zbog obilne prehrane u jesen.
Hibernacija vodozemaca
U smislu načina života i strukture, klasa vodozemaca je prijelazna između tipično vodenih kralježnjaka i tipično kopnenih životinja. To je poznato različite vrstežabe, tritoni i daždevnjaci također provode nepovoljnu zimsku sezonu u stanju ukočenosti, jer se radi o životinjama s nestabilnom tjelesnom temperaturom koja ovisi o temperaturi okoline.
Utvrđeno je da zimska hibernacija žaba traje od 130 do 230 dana i njeno trajanje zavisi od trajanja zime.
U vodenim tijelima, kako bi prezimile, žabe se okupljaju u grupe od 10-20 jedinki, zakopavaju se u mulj, podvodne depresije i druge praznine. Tokom hibernacije, žabe dišu samo kroz kožu.
Zimi, tritoni obično snose ispod toplih, trulih panjeva i stabala palog drveća. Ako u blizini ne nađu tako udobne "stanove", zadovoljni su pukotinama u tlu.
Gmizavci takođe hiberniraju
Iz klase gmizavaca, gotovo sve vrste naše faune zimi padaju u stanje hibernacije. Nisko zimske temperature- glavni razlog za ovu pojavu.
Zimovnici su obično podzemne pećine ili šupljine nastale oko velikih starih panjeva sa trulim korijenjem, pukotina u stijenama i drugih mjesta koja su nepristupačna njihovim neprijateljima. Veliki broj zmija okuplja se u takvim skloništima, formirajući ogromne kugle zmija. Utvrđeno je da se temperatura zmija tokom hibernacije gotovo ne razlikuje od temperature okoline.
Većina vrsta guštera (livadni, prugasti, zeleni, šumski, vretenasti) također prezimljuje, zakopavajući se u tlo, u jazbinama kojima ne prijeti poplava. U toplim, sunčanim danima zimi, gušteri se mogu „probuditi“ i ispuzati iz svojih zimskih skloništa na nekoliko sati kako bi lovili, nakon čega se povlače nazad u svoje jazbine, padaju u stanje ukočenosti.
Močvarne kornjače zimu provode ukopavajući se u mulj akumulacija u kojima žive, dok se kopnene kornjače penju do dubine do 0,5 m u tlo u nekim prirodnim skloništima ili rupama krtica, lisica, glodara, pokrivajući se tresetom, mahovina i mokro lišće.
Pripreme za zimovanje počinju u oktobru, kada kornjače nakupljaju salo. U proleće se, uz privremeno zagrevanje, bude, ponekad i po celu nedelju.
Da li ptice hiberniraju zimi?
Većina životinja s nestabilnom tjelesnom temperaturom, koja ovisi o okolišu, pada u stanje hibernacije. Ali iznenađujuće je da mnoge životinje sa konstantnom tjelesnom temperaturom, poput ptica, također mogu hibernirati tokom nepovoljnih godišnjih doba. Poznato je da većina ptica izbjegava nepovoljne zimske uslove selidbom. Aristotel je u svojoj višetomnoj Istoriji životinja skrenuo pažnju na činjenicu da „neke ptice odlete da prezime u toplim zemljama, dok se drugi sklanjaju u različita skloništa, gdje hiberniraju.”
Do ovog zaključka došao je i istaknuti švedski prirodnjak Carl Linnaeus, koji je u svom djelu “Sistem prirode” napisao: “U jesen, kada vrijeme počne da se hladi, lastavice, ne nalazeći dovoljno insekata za hranu, počinju da traže sklonište za zimu u šikarama trske uz obale jezera i rijeka."
Trpljenje u koje padaju neke vrste ptica značajno se razlikuje od hibernacije karakteristične za mnoge sisare. Prije svega, tijelo ptice ne samo da ne akumulira rezerve energije u obliku masti, već, naprotiv, troši značajan dio iste. Dok sisari hiberniraju tokom zime, dobijajući primjetno na težini, ptice gube dosta na težini prije nego što padnu u omamljenost. Zbog toga bi se fenomen tromosti kod ptica, prema sovjetskom biologu R. Potapovu, trebao nazvati hipotermijom, a ne hibernacijom.
Do sada mehanizam hipotermije kod ptica nije u potpunosti proučavan. Pad ptica u stanje omamljenosti u nepovoljnim životnim uslovima je adaptivna fiziološka reakcija koja se konsolidovala u procesu evolucije.
Koji sisari hiberniraju?
Kao i kod onih životinja o kojima smo ranije govorili, i kod sisara je hibernacija biološka adaptacija za preživljavanje nepovoljne sezone u godini. Unatoč činjenici da životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom obično podnose hladne klimatske uvjete, nedostatak odgovarajuće hrane zimi postao je razlog za stjecanje i postupnu konsolidaciju u procesu evolucije kod nekih od njih ovog osebujnog instinkta - trošenja nepovoljnog. zimska sezona u neaktivnom stanju hibernacije.
Postoje tri tipa hibernacije na osnovu stepena omamljenosti:
1) blaga tromost koja se lako zaustavlja (rakuni, jazavci, medvedi, rakunski psi);
2) potpuna tromost, praćena periodičnim buđenjima samo u toplijim zimskim danima (hrčci, veverice, slepi miševi);
3) prava kontinuirana hibernacija, koja je stabilna, produžena omamljenost (gofovi, ježevi, svizci, jerboas).
Zimskoj hibernaciji kod sisara prethodi određena fiziološka priprema organizma. Sastoji se prvenstveno od nakupljanja masnih rezervi, uglavnom ispod kože. Neki zimski hibernatori doživljavaju hibernaciju. potkožna mast dostiže 25% ukupna masa tijela. Na primjer, vjeverice se debljaju čak i početkom jeseni, povećavajući tjelesnu težinu tri puta u odnosu na proljetno-ljetnu. Prije hibernacije, i ježevi i mrki medvjedi, kao i svi šišmiši.
Drugi sisari, kao što su hrčci i veverice, ne akumuliraju velike rezerve masti, već skladište hranu u svom skloništu za upotrebu tokom kratkih perioda buđenja zimi.
Tokom hibernacije, sve vrste sisara leže nepomično u svojim jazbinama, sklupčane u klupko. Ovo je najbolji način da se očuva toplota i ograniči razmena toplote sa okolinom. Zimovnici mnogih sisara su prirodne šupljine stabljika i šupljine drveća.
Među insektojednim sisarima, jež, pripremajući se za hibernaciju, skuplja mahovinu, lišće, sijeno na osamljenom mjestu i pravi gnijezdo za sebe. Ali u svom novom domu se „nastani“ tek kada je temperatura dugo vremena održava se ispod 10°C. Prije toga, jež jede obilno kako bi akumulirao energiju u obliku masti.
Zimska hibernacija smeđih medvjeda je lagana omamljenost. U prirodi, ljeti, medvjed nakuplja debeli sloj potkožnog masnog tkiva i neposredno prije početka zime smješta se u svoju jazbinu radi hibernacije. Obično je jazbina prekrivena snijegom, pa je unutra mnogo toplije nego napolju. Tokom hibernacije, akumulirane rezerve masti tijelo medvjeda koristi kao izvor hranjivih tvari, a također štiti životinju od smrzavanja.
Sa fiziološke tačke gledišta, hibernaciju kod sisara karakteriše slabljenje svih vitalnih funkcija organizma na minimum koji bi im omogućio da prežive nepovoljne zimske uslove bez hrane.
Za razliku od biljaka, životinje jesu heterotrofi. Ovo je ime dato organizmima koji nisu u stanju da stvaraju organska materija od neorganskih. Oni stvaraju organske supstance neophodne svom organizmu iz organskih supstanci koje se unose hranom. Za razliku od životinja, biljke formiraju organske tvari od neorganskih, koristeći za to svjetlosnu energiju. Ali u životu životinja svjetlo takođe igra važnu ulogu. Mnoge životinje imaju vidne organe koji im omogućavaju navigaciju u prostoru, razlikovanje jedinki svoje vrste od drugih, traženje hrane, migriranje itd. Neke životinjske vrste su aktivne tokom dana ( Falconiformes, lastavice, zebre), ostali - noću ( žohari, sove, ježevi).
Većina životinjskih vrsta živi u uvjetima koji variraju tijekom godine. U proljeće se trajanje dnevne svjetlosti postupno povećava, a s približavanjem jeseni počinje se smanjivati. Reagujući na promjene u dužini dnevnog vremena, životinje se mogu unaprijed pripremiti za početak promjena u prirodi. Reakcija organizama na promjene dnevnog svjetla naziva se fotoperiodizam.
Drugi važan faktor nežive prirode utiče na životnu aktivnost organizama je temperatura. U hladnokrvnih životinja (beskičmenjaci, riba, vodozemci, reptili) tjelesna temperatura zavisi od temperature okoline. Na niskim temperaturama prelaze u stanje ukočenosti.
Toplokrvne životinje (ptice, sisari) mogu održavati tjelesnu temperaturu, bez obzira na njene promjene u okolini, na manje-više konstantnom nivou. Da bi to učinili, moraju potrošiti mnogo energije. Stoga se zimi suočavaju s akutnim problemom pronalaska hrane.
Zovu se životinje koje žive u uslovima niskih temperatura hladnoljubiv (pingvini, polarni medvjed , dubokomorske ribe i sl.). Ove životinje imaju dobro razvijenu dlaku ili perje, sloj potkožne masti itd.
Vrste koje žive u uslovima povišenih temperatura nazivaju se termofilna (madrepore corals, antilopa, nilski konji, papagajski stil i sl.) (Sl. 276, 4-6). Mnoge vrste mogu živjeti u uvjetima periodičnih promjena temperature. Oni se nazivaju otporan na hladnoću (vukovi, lisice, dukserica i sl.) .
Drugi faktor životne sredine, koji igra važnu ulogu u životu životinja, je vlažnost . Tijelo mnogih životinja sadrži 50-60% vode, a tijelo meduza sadrži do 98%. Voda osigurava transport tvari kroz tijelo, učestvuje u njihovim hemijskim transformacijama, regulaciji tjelesne temperature, uklanjanju krajnjih produkata metabolizma itd. Među životinjama ih ima voli vlagu, otporan na sušu I suvoljubiv. TO voli vlagu uključuju one vrste životinja koje mogu živjeti samo u uvjetima visoke vlažnosti (npr. woodlice, kišne gliste , vodozemci). za razliku od njih, vrste koje vole suhu (sveti skarabej buba, pogled na pustinju zmija I gušteri itd.) su u stanju da efikasno zadržavaju vodu u svom telu. To im daje priliku da žive u sušnim stepama i pustinjama. Mnoge životinjske vrste su klasifikovane kao otporan na sušu: sposobni su da prežive određene periode suše (mnoge vrste Zhukov, reptili, sisari i sl.).
Za životinje koje žive u vodena sredina, bitan slani sastav vode. Neke vrste protozoa, rakova i riba mogu živjeti samo u slatkovodnim tijelima, druge - samo u morima. Materijal sa sajta
Životinje koje preživljavaju duge periode nepovoljnih uslova.Životinje na različite načine doživljavaju periode nepovoljnih uslova. Na primjer, zimi neke vrste životinja hiberniraju ( Mrki medvjed, jež, jazavac itd.). To im omogućava da smanje potrošnju energije u uslovima nestašice hrane. Među stanovnicima pustinje, hibernacija može nastupiti ljeti, tokom sušnog perioda. Jednoćelijske životinje podnose nepovoljne uslove u fazi ciste. Mnogi beskičmenjaci preživljavaju nepovoljne uslove u fazi jaja (među rakovima - štitaste ribe, mnogi insekti).
Među neživih faktora Najveći uticaj na životinje imaju:
- svjetlo;
- temperatura;
- vlažnost;
- slani sastav vode.
Na ovoj stranici nalazi se materijal o sljedećim temama:
Faktori neživog staništa
Koji faktor nežive prirode utiče na bor
Nepovoljni prirodni uslovi
Utjecaj različitih faktora za Drugi svjetski rat biološke prirode
Kako životinje utiču na neživu prirodu
Pitanja o ovom materijalu:
Promjena godišnjih doba u umjerena zona povlači za sobom značajne promjene u životu prirode, povezan prvenstveno s temperaturnim promjenama. Adaptacije biljaka i životinja povezane s promjenama vanjskih uvjeta imaju različitih oblika i manifestacije: sisari imaju gustu poddlaku, ptice selice mijenjaju svoje stanište, ostale ptice se prekrivaju puhom, koji je loš provodnik topline i štiti životinje od hipotermije zimi.
Priprema za zimu
Sredinom ljeta zaustavlja se rast mnogih biljnih vrsta, smanjuje se broj cvjetnica i prestaje uzgoj ptica. Počinje sazrijevanje plodova i sjemena; Pripreme za zimu postaju sve uočljivije.
Biljke akumuliraju rezervne hranljive materije u organima koji prezimljuju: korenu, rizomima, lukovicama, gomoljima.
Kod insekata se masnoća nakuplja u posebnim organima - masnim tijelima. Masnoća se takođe taloži u potkožnom tkivu mnogih sisara. U jesen se ptice i sisari linjaju. Lišće pada sa drveća i grmlja.
Stanje dubokog odmora
Mnoge vrste organizama stekle su sposobnost preživljavanja u nepovoljnim uvjetima (visoke ili vrlo niske temperature, smanjena vlažnost, nedostatak hrane itd.) u stanju dubokog mirovanja. Karakterizira ga smanjenje fizioloških procesa, sporija izmjena plinova, prestanak ishrane i nepokretnost životinja.
Temperatura koja uzrokuje ovo stanje varira između vrsta. Kod nekih insekata, riba i vodozemaca do dubokog odmora dolazi već kada temperatura padne na +15°C, kod drugih - na +10°C, kod trećih - samo na temperaturi blizu O°C.
Kod različitih biljnih vrsta različiti organi doživljavaju zimsko mirovanje. Lukovičaste biljke imaju lukovice, paprati i niz drugih imaju rizome, slatki grašak ima podzemne gomolje, čičak ima rozete lišća pritisnutih na zemlju, a većina biljaka ima sjemenke.
Beskičmenjaci mogu prezimiti u različitim fazama razvoja. Tako je obični komarac malarije u fazi odraslog insekta, proljetni komarac je u fazi larve, šuplji komarac je u fazi jaja, a leptir kupusa je u fazi kukuljice.
Tokom jeseni i zime biljke i insekti se sve više navikavaju na hladnoću i otpornost na nju niske temperature. Ovo se zove otvrdnjavanje.
Anabioza životinja i biljaka
Organizmi u stanju suspendirane animacije posebno su otporni na nepovoljne uvjete. U suspendiranoj animaciji, životni procesi su privremeno zaustavljeni ili toliko smanjeni da nema vidljivih manifestacija života.
Kod cvjetnica, stanje suspendirane animacije dio je normalnog životnog ciklusa. Osušeno sjeme ostaje održivo dugi niz godina. Kod većeg broja beskičmenjaka (protozoa, niži rakovi, rotiferi), suspendovana animacija nastaje kada se lokve i močvare u kojima žive osuše.
Ostali beskičmenjaci prelaze u suspendovanu animaciju kada su zamrznuti. Protozoe i neki člankonošci (dafnije, kiklopi, insekti) mogu se smrznuti u led.
U posebno osmišljenim eksperimentima, gusjenice leptira preživjele su smrzavanje na temperaturi od -7,9°C, a okrugli crvi -183°C. Spore mahovina i paprati i sjemenke žitarica su nakon sušenja podvrgnute temperaturi od -272°C i zadržale su klijavost.
Utvrđeno je da je povratak u aktivan život iz stanja suspendirane animacije moguć samo kada tkivna tekućina ne formira kristale, već ostaje u prehlađenom stanju. To je zbog činjenice da se u tkivima stvara glicerol, koji sprječava smrzavanje.
Fiziologija hibernacije
Smanjenje brzine metabolizma kod sisara manifestira se u obliku hibernacije. Razlozi njegovog nastanka su smanjenje temperature, kao i nedostatak hrane i zimi i ljeti, kada vegetacija u stepi i pustinji izgori od vrućine.
Hrčci, veverice, slepi miševi, ježevi i neke vrste vjeverica idu u hibernaciju. hibernacija Uočava se i kod drugih vrsta vjeverica aestivacija, obično u sušnoj polovini ljeta. Tokom hibernacije, aktivna termoregulacija se smanjuje, tjelesna temperatura pada gotovo na temperaturu okoline, a sve funkcije se usporavaju. Otkucaji srca šišmiši, na primjer, pada sa 420 na 16 u minuti.
Neki sisari - medvjedi, jazavci, rakunski psi, vjeverice - ulaze u zimski san, tokom kojeg se metabolizam također značajno smanjuje, ali nema pada tjelesne temperature.
Specijalni uređaji
Da bi završili svoj životni ciklus, neke biljke, insekti i brojni drugi organizmi zahtijevaju hlađenje i prolazak kroz faze zimskog mirovanja. U ovom trenutku provode se određeni fiziološki procesi koji pripremaju tijelo za nove aktivne životne aktivnosti.
Majka priroda ima veoma tvrdoglavu prirodu. Ona uvijek nastoji da savlada sve teške uslove koje stvaraju neumorne sile naše planete, a u tako ekstremnim uslovima se domišljatost prirodnog svijeta može vidjeti u svom sjaju. U velikom broju slučajeva, priroda se čini pametnijom od bilo kog naučnika i izmišlja načine preživljavanja koji mogu poslužiti kao izvor inspiracije za čovjekovu želju da savlada sve teške uslove. Ispod je deset primjera nevjerovatnih adaptacija životinja na ekstremne temperature i druge nepovoljne uvjete:
10. Arktičke ribe
Ribe su poikilotermni organizmi, ili jednostavno rečeno, hladnokrvne životinje, što znači da što je niža temperatura okoline, to im je teže održavati svoje metaboličke funkcije. Štoviše, kako temperatura pada, u stanicama njihovog tijela nastaju kristali leda i tako životinja može pretrpjeti nepopravljivu štetu, što će u konačnici dovesti do njene smrti. Međutim, iako arktičke ribe nemaju luksuz da stvaraju vlastitu toplinu kao tijela tuljana i drugih morski sisari koji žive u istoj ledenoj vodi, izgleda da napreduju, a kako to rade dugo je zbunjivalo naučnike.
Objašnjenje je pronađeno u poslednjih godina, kada je otkriven protein antifriz koji sprečava stvaranje kristala leda u njihovoj krvi. Međutim, tačno kako ovaj protein djeluje otkriveno je tek prije tri godine u studiji koju je proveo Volkswagen (da, proizvođač automobila). Protein sprečava stvaranje leda u molekulima koji ga okružuju i tako omogućava ćelijama da nastave sa radom životni ciklus. Ovaj fenomen se postiže činjenicom da protein usporava molekule vode, koji su obično u stanju kontinuiranih plesnih pokreta. Ovo sprečava stvaranje i pucanje veza koje su potrebne za formiranje leda. Sličan protein pronađen je u nekoliko vrsta buba koje žive na velikim visinama ili u neposrednoj blizini Arktičkog kruga.
9. Smrzavanje za preživljavanje
Arktičke ribe izbjegavaju smrzavanje, ali druge životinje su evoluirale da se potpuno smrznu kako bi preživjele hladnu sezonu. Koliko god paradoksalno zvučalo, nekoliko vrsta žaba i kornjača se gotovo potpuno smrzavaju i u ovom stanju provedu cijelu zimu. Zanimljivo je da se zamrznu do čvrstog stanja, a ako tako smrznutu, ali živu žabu bacite na prozor, ona će se istog trena razbiti, kao da je pogođena komadom leda. Zatim žabe čudesno odmrznuti se u životno stanje tokom proleća. Ova izvanredna tehnika preživljavanja u zimskom periodu nastaje zbog činjenice da urea i glukoza (koja dolazi od konverzije glikogena u jetri koja se događa prije smrzavanja) ograničavaju količinu leda i smanjuju osmotsko skupljanje stanica koje bi inače dovelo do smrti životinja. Drugim riječima, šećer omogućava žabi da preživi. Međutim, njihova otpornost ima ograničenje: iako izgledaju potpuno čvrste kada su zamrznute, životinje možda neće preživjeti ako im se zamrzne više od 65 posto vode u tijelu.
8. Hemijska toplota
Još uvijek smo u svijetu hladnokrvnih životinja. Većina nas je na času fizike naučila da što je predmet manji, to mu je teže zadržati toplinu. Štaviše, znamo da su hladnokrvne životinje prilično letargične i sposobne samo za kratke navale energije. Međutim, insekti, iako su poikilotermna stvorenja, vrlo su aktivni i svoju energiju postižu stvaranjem tjelesne topline kemijskim i mehaničkim sredstvima, obično brzim i stalnim pokretima mišića. Možemo povući paralelu između insekata i zagrijavanja dizel motora zimi prije nego što ga pokrenemo. Oni to rade ne samo da bi generirali energiju potrebnu za održavanje leta, već i da bi se zaštitili od hladnoće zimi, na primjer, pčele se skupljaju i drhte kako bi se izbjegle smrzavanje.
7. Encistment
Protozoe, bakterije i spore, kao i neke nematode, koriste enzistaciju (što je ulazak u stanje suspendirane animacije i odvajanje od vanjski svijet koristeći čvrsti ćelijski zid) da izdrže nepovoljne uslove tokom dužeg vremenskog perioda. Veoma dugi vremenski periodi.
U stvari, upravo je to razlog zašto je encisacija jedno od najznačajnijih dostignuća prirodnog svijeta: naučnici su uspjeli vratiti u život bakterije i spore koje su bile stare milionima godina – od kojih je najstarija bila stara otprilike 250 miliona godina (da, stariji od dinosaurusa). Encistacija bi mogla biti jedini način na koji Park Jurassic moglo postati stvarnost. S druge strane, zamislite šta bi se dogodilo da naučnici ožive virus koji je izazvao ljudsko tijelo nema zaštite...
6. Prirodni radijatori
Održavanje stvari na hladnom je izazov u tropskim područjima, posebno kod većih ili energičnijih životinja. Prirodni radijatori su efikasan metod snižavanje tjelesne temperature: na primjer, uši slonova i zečeva pune su krvnih sudova i pomažu životinjama da ohlade svoje tijelo na vrućini. Arktički zečevi imaju mnogo manje uši, baš kao i vunasti mamuti; priroda im je uši napravila malim kako bi ih zaštitila od hladnoće. Radijatori su takođe pronađeni u praistorijskom svetu, kod životinja kao što je Dimetrodon, koji je živeo u njemu Permski period ili, prema nekim naučnicima, u dinosaurima koji pripadaju porodici stegosaura, čije su ploče bile zasićene posudama kako bi se olakšala izmjena topline.
5. Megatermija
Previse velika veličina može predstavljati nedostatak za stvorenja koja žive u tropskim područjima, jer stalno moraju snižavati svoju tjelesnu temperaturu. Međutim, u hladnim vodama, velika hladnokrvna stvorenja mogu napredovati i biti prilično energična. Preduvjet za to je veličina: megatermija je sposobnost stvaranja topline iz tjelesne mase, fenomen koji se nalazi kod kožnih leđa morske kornjače(najveće kornjače na svijetu), ili u velikim morskim psima kao što je velika Bijela ajkula ili mako ajkula. Ovo povećanje tjelesne temperature omogućava ovim stvorenjima da budu prilično energični u hladnim vodama - u stvari, kožne morske kornjače su najbrži gmizavci na Zemlji, sposobni da dostignu brzinu do 32 kilometra na sat u kratkom naletu.
4. Promjene u svojstvima krvi
Da bi preživjele u ekstremnim uvjetima, neke životinje su razvile različite vrste sastava krvi: na primjer, kit spermatozoid i azijska guska. Obje ove vrste imaju čudnu sposobnost skladištenja mnogo više kisika u svojim krvnim stanicama nego druge životinje. Međutim, to im je potrebno iz različitih razloga: kit spermatozoid mora dugo zadržavati dah zbog činjenice da zaroni u veća dubina u potrazi za hranom. Guska sa šipkom treba da održava snažan let iznad planinskog lanca Himalaja, a na visinama na kojima leti ima vrlo malo kiseonika u vazduhu.
3. Respiratorna adaptacija
U tropskim i ekvatorijalnim regijama, promjena godišnjih doba može dovesti do katastrofe za mnoge životinje. Kišna sezona može značiti česte poplave u kojima mnoge kopnene životinje gube živote, dok sušna sezona znači nedostatak vode, što je prirodno loše za sve. Među životinjama kojima se priroda potrudila da im osigura opstanak su ribe koje udišu zrak. Mnogi od nas su čuli za lungfish, koji pripada nadredu plućnjaka, koji stvara sluzavu vreću kako bi se zaštitio od suše, ali neke vrste soma i jegulja ne samo da udišu zrak, već mogu i putovati kopnom između vodenih tijela. Ove ribe mogu dobiti kisik iz zraka ne kroz pluća ili škrge, već korištenjem posebnih područja crijeva.
2. Život u paklu
Od svog otkrića, hidrotermalni otvori su opovrgli mnoge teorije koje su naučnici iznijeli u vezi sa životom u dubokom moru. morski život. Temperatura vode koja okružuje ove otvore prelazi tačku ključanja, ali sam pritisak vode na ovim dubinama sprečava pojavu mjehurića. Hidrotermalni otvori neprestano ispuštaju sumporovodik, koji je vrlo toksičan za većinu oblika života. Međutim, ove paklene rupe često su okružene kolonijama različitih prirodnih organizama, od kojih većina izgleda uspijeva u toksičnom svijetu bez sunca. Ova stvorenja su bila u stanju da se izbore sa nedostatkom sunčeve svetlosti (za koju znamo da je neophodna za većinu oblika života jer pokreće sintezu vitamina D) i neverovatno visokim temperaturama. S obzirom na to da su mnoga dubokomorska stvorenja koja žive oko otvora prilično primitivna sa evolucijske tačke gledišta, naučnici sada pokušavaju otkriti jesu li ti otvori bili pravo porijeklo života, koji se prvi put pojavio prije otprilike 3,5 milijardi godina.
1. Hrabra kolonizacija
Vrijedi napomenuti da ova stavka na našoj listi još uvijek nema temeljito znanstveno objašnjenje: jedna vrsta papagaja endemska za Nikaragvu, meksički aratinga holochlora, gnijezdi se u krateru vulkana Masaya. Ono što je teško objasniti je da krater neprestano ispušta gasove sumpor-dioksida, koji su prilično smrtonosni. Kako se ove papagaje mogu gnijezditi u okruženju koje može lako ubiti ljude i druge životinje u roku od nekoliko minuta još uvijek je misterija za naučnike, a to dokazuje da se majka priroda, u svojoj odlučnosti da osvoji svemir, ne boji nikakvih prepreka. Dok je fauna koja živi u blizini dubokih morskih otvora imala milione godina evolucije kako bi se prilagodila životu u takvim uvjetima, zeleni papagaji iz kratera Masaya počeli su se baviti ovim načinom života tek nedavno u evolucijskom smislu. Proučavajući takve neustrašive vrste, ljudi mogu bolje razumjeti kako čudo svemira – evolucija – funkcionira, baš kao što je Charles Darwin promatrao zebe s ostrva Galapagos tokom svog putovanja na Biglu.
Adaptacija– ovo je adaptacija organizma na uslove okoline zbog kompleksa morfoloških, fizioloških i bihevioralnih karakteristika.
Različiti organizmi se prilagođavaju različitim uvjetima okoline i kao rezultat toga vole vlagu hidrofiti i "suhonosci" - kserofiti(Sl. 6); biljke zaslanjenih tla - halofiti; biljke otporne na sjenu ( sciofiti), i zahtijevaju za normalan razvoj puno sunca ( heliofiti); životinje koje žive u pustinjama, stepama, šumama ili močvarama su noćne ili dnevne. Grupe vrsta sa sličnim odnosom prema uslovima životne sredine (tj. koje žive u istim ekotopima) nazivaju se ekološke grupe.
Sposobnost biljaka i životinja da se prilagode nepovoljnim uvjetima se razlikuje. Zbog činjenice da su životinje pokretne, njihove su adaptacije raznovrsnije od onih kod biljaka. Životinje mogu:
– izbjegavajte nepovoljne uslove (ptice lete na toplije podneblje, jeleni i drugi kopitari lutaju u potrazi za hranom itd.);
– pada u suspendiranu animaciju – privremeno stanje u kojem su životni procesi toliko spori da su njihove vidljive manifestacije gotovo potpuno odsutne (ukočenost insekata, hibernacija kičmenjaka itd.);
– prilagođavaju se životu u nepovoljnim uslovima (od mraza ih spašava krzno i potkožna mast, pustinjske životinje imaju adaptacije za ekonomično korišćenje vode i hlađenja itd.). (Sl. 7).
Biljke su neaktivne i vode privržen način života. Stoga su za njih moguće samo posljednje dvije opcije adaptacije. Dakle, biljke karakterizira smanjenje intenziteta vitalnih procesa u nepovoljnim periodima: odbacuju lišće, prezimljuju u obliku uspavanih organa zakopanih u tlu - lukovice, rizoma, gomolja i ostaju u stanju sjemena i spora. u tlu. Kod briofita cijela biljka ima sposobnost da se podvrgne anabiozi, koja može preživjeti nekoliko godina u suhom stanju.
Otpornost biljaka na nepovoljne faktore povećava se zahvaljujući posebnim fiziološkim mehanizmima: promjenama osmotskog tlaka u stanicama, regulaciji intenziteta isparavanja pomoću stomata, primjeni “filterskih” membrana za selektivnu apsorpciju tvari itd.
Adaptacije u različitim organizmima se razvijaju sa različitim brzinama. Najbrže nastaju kod insekata, koji se za 10-20 generacija mogu prilagoditi djelovanju novog insekticida, što objašnjava neuspjeh kemijske kontrole gustoće populacija insekata štetnika. Proces razvoja adaptacija kod biljaka ili ptica odvija se polako, tokom stoljeća.
Uočene promjene u ponašanju organizama obično su povezane sa skrivenim karakteristikama koje su imali, takoreći, "u rezervi", ali su se pod utjecajem novih faktora pojavile i povećale stabilnost vrste. Takve skrivene karakteristike objašnjavaju otpornost nekih vrsta drveća na industrijsko zagađenje (topola, ariš, vrba), a nekih korovskih vrsta na herbicide.
Ista ekološka grupa često uključuje organizme koji nisu slični jedni drugima. To je zbog činjenice da se različite vrste organizama mogu različito prilagoditi istom faktoru okoline.
Na primjer, drugačije doživljavaju hladnoću toplokrvni(oni se nazivaju endotermni, od grčkih riječi endon - iznutra i terme - toplina) i hladnokrvnih (ektotermni, od grčkog ektos - spolja) organizmi. (Sl. 8.)
Temperatura tijela endotermnih organizama ne ovisi o temperaturi okoline i uvijek je manje-više konstantna, njene fluktuacije ne prelaze 2-4 o čak i najviše jaki mrazevi i najintenzivnije vrućine. Ove životinje (ptice i sisari) održavaju tjelesnu temperaturu unutrašnjim stvaranjem topline na temelju intenzivnog metabolizma. Svoju tjelesnu toplinu zadržavaju kroz tople “kapute” od perja, vune itd.
Fiziološke i morfološke adaptacije nadopunjuju se adaptivnim ponašanjem (odabir zaštićenih mjesta za noćenje, izgradnja jazbina i gnijezda, grupna noćenja sa glodarima, bliske grupe pingvina koje se međusobno griju itd.). Ako je temperatura okoline vrlo visoka, onda se endotermni organizmi hlade posebnim uređajima, na primjer, isparavanjem vlage s površine sluznice usne šupljine i gornjih dišnih puteva. (Iz tog razloga, po vrućem vremenu, psu se ubrzava disanje i on isplazi jezik.)
Temperatura tijela i pokretljivost ektotermnih životinja ovisi o temperaturi okoline. Za hladnog vremena, insekti i gušteri postaju letargični i neaktivni. Mnoge vrste životinja imaju mogućnost da izaberu mjesto sa povoljnim uvjetima temperature, vlage i sunčeve svjetlosti (gušteri se kupaju na osvijetljenim kamenim pločama).
Međutim, apsolutni ektotermizam se opaža samo kod vrlo malih organizama. Većina hladnokrvnih organizama još uvijek je sposobna za slabu regulaciju tjelesne temperature. Na primjer, kod aktivno letećih insekata - leptira, bumbara, tjelesna temperatura se održava na 36-40 o C čak i pri temperaturama zraka ispod 10 o C.
Slično, vrste jedne ekološke grupe u biljkama razlikuju se po svom izgledu. Takođe se mogu prilagoditi istim uslovima okoline Različiti putevi. Dakle, različite vrste kserofita štede vodu na različite načine: neke imaju debele stanične membrane, druge imaju pubescenciju ili voštani premaz na listovima. Neki kserofiti (na primjer, iz porodice Lamiaceae) emituju pare eteričnih ulja koje ih obavijaju poput „ćebe“, što smanjuje isparavanje. Korijenski sistem kod nekih kserofita je moćan, zalazi u tlo do nekoliko metara dubine i dostiže nivo podzemne vode (devin trn), kod drugih je površan, ali jako razgranat, što mu omogućava da sakuplja oborinsku vodu.
Među kserofitima postoje grmovi sa vrlo malim tvrdim listovima koji se mogu osipati u najsušnije doba godine (grm karagane u stepi, pustinjski grmovi), travnate trave sa uskim listovima (perjanica, vlasulja), sukulenti(od latinskog succulentus - sočan). Sukulenti imaju sočne listove ili stabljike koje skladište vodu i lako se podnose. visoke temperature zrak. Sukulenti uključuju američke kaktuse i saksaul, koji raste u srednjoazijskim pustinjama. Imaju posebnu vrstu fotosinteze: puči se otvaraju nakratko i samo noću; u ovim hladnim satima biljke pohranjuju ugljični dioksid, a danju ga koriste za fotosintezu sa zatvorenim pučima. (Sl. 9.)
Različite adaptacije na preživljavanje nepovoljnih uslova na zaslanjenim tlima također se primjećuju kod halofita. Među njima ima biljaka koje su sposobne da akumuliraju soli u svom tijelu (slanka, švedra, sarsazan), izlučuju višak soli na površinu listova posebnim žlijezdama (kermek, tamarix) i „sprečavaju“ soli da uđu u njihova tkiva zbog do "korijenske barijere" neprobojne za soli" (pelin). U potonjem slučaju, biljke se moraju zadovoljiti malom količinom vode i imaju izgled kserofita.
Iz tog razloga, ne treba se čuditi što u istim uslovima postoje biljke i životinje koje su međusobno različite, a koje su se na različite načine prilagodile tim uslovima.
1. Šta je adaptacija?
2. Kako se životinje i biljke mogu prilagoditi nepovoljnim uvjetima okoline?
2. Navedite primjere ekološke grupe biljke i životinje.
3. Recite nam o različitim adaptacijama organizama na preživljavanje istih nepovoljnih uslova okoline.
4. Koja je razlika između prilagođavanja na niske temperature kod endotermnih i ektotermnih životinja?
