Načini doživljavanja nepovoljnih uslova od strane živih organizama (zimovanje, hibernacija, suspendovana animacija, migracija, itd.)
Odjeljci: Biologija
Ciljevi: povećati oblasti znanja učenika; naučiti analizirati fenomen privremenog prestanka vitalne aktivnosti živih organizama, koristeći ga kao sredstvo za prilagođavanje i preživljavanje 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. U toku evolucijskog razvoja mnoge vrste životinja i biljaka stekle su posebne adaptivne mehanizme kako bi preživjele u nepovoljnom godišnjem dobu. Kod nekih vrsta životinja pojavio se i uspostavio instinkt za stvaranjem rezervi hrane; drugi su razvili drugu adaptaciju - migraciju. Poznati su zapanjujuće dugi letovi mnogih vrsta ptica, migracije nekih vrsta riba i drugih predstavnika životinjskog svijeta. Međutim, u procesu evolucije kod mnogih vrsta životinja uočen je i još jedan savršeni fiziološki mehanizam adaptacije - sposobnost padanja u beživotno stanje na prvi pogled, koje se kod različitih vrsta životinja manifestira na različite načine 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. Takvo stanje imaginarne smrti spada u one vrste životinja koje se zimi ne mogu snabdjeti hranom i za njih prijeti 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 kod predstavnika pojedinih grupa životinja, bilo da se radi o životinjama sa nestabilnom telesnom temperaturom (poikilotermne), koje se nazivaju i hladnokrvnim, kod kojih temperatura tela zavisi od temperature okoline, ili životinje sa konstantnom tjelesnom temperaturom (homeotermne), koje se nazivaju i toplokrvnim.
Od životinja s nestabilnom tjelesnom temperaturom u stanje hibernacije padaju različite vrste mekušaca, rakova, paukova, insekata, riba, vodozemaca i gmazova, a od životinja s konstantnom tjelesnom temperaturom nekoliko vrsta ptica i mnoge vrste sisara.
Kako puževi hiberniraju?
Od tipa mekog tela do hibernacija mnoge vrste puževa dreniraju (na primjer, svi kopneni puževi). Zatečeni baštenski puževi hiberniraju u oktobru, a to traje do početka aprila. Nakon dugog pripremnog perioda, tokom kojeg akumuliraju u svom tijelu potrebno hranljive materije, puževi pronalaze ili kopaju jame kako bi nekoliko jedinki zajedno prezimilo duboko pod zemljom, gdje će se temperatura održavati na 7 - 8°C. Nakon što dobro začepe kune, puževi se spuštaju na dno i leže s otvorenim školjkom. Zatim zatvaraju ovu rupu, oslobađajući ljigavu tvar koja se ubrzo stvrdne i postane elastična (kao film). Uz značajno zahlađenje 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 puževi tokom dugog zimovanja gube više od 20% svoje težine, a najveći gubitak se javlja u prvih 25-30 dana. To je zbog činjenice da svi metabolički procesi postupno blijede kako bi dosegli minimum na kojem životinja pada gotovo u stanje suspendirane animacije s jedva primjetnim vitalnim funkcijama. Tokom hibernacije, puž se ne hrani, disanje gotovo prestaje. U proleće, kada je prvi toplih dana a temperatura tla dostiže 8-10°C, kada se vegetacija počne razvijati 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.
Vodeni puževi, barski puževi, također padaju u stanje hibernacije - većina ih se ukopava u mulj na dnu rezervoara u kojem žive.
Gdje rakovi hiberniraju?
Svima je poznata prijetnja popularna u narodu: "Pokazaću ti gdje rakovi hiberniraju!". Vjeruje se da se ova poslovica pojavila u vrijeme kmetstva, kada su zemljoposjednici, kažnjavajući kmetove krivce, tjerali da zimi love rakove. U međuvremenu, poznato je da je to gotovo nemoguće, budući da rakovi prezimljuju, duboko zakopani u rupama na dnu rezervoara.
Sa stanovišta taksonomije, klasa rakova podijeljena je u dvije podklase - više i niže rakova.
Od viših rakova, riječni, močvarni i jezerski rakovi padaju u stanje hibernacije. Mužjaci hiberniraju u grupama u dubokim jamama na dnu, a ženke same u nerkama, a u novembru na svoje kratke noge lijepe oplođena jajašca iz kojih se tek u junu izlegu rakovi veličine mrava.
Od nižih ljuskara interesantne su vodene buhe (rod Daphnia). Polažu, zavisno od uslova, dve vrste jaja - letnja i zimska. Zimska jaja imaju jaku ljusku i nastaju u nepovoljnim životnim uslovima. Za neke vrste nižih rakova sušenje, pa čak i zamrzavanje jaja neophodno stanje da nastave svoj razvoj.
Dijapauza kod insekata
Po broju vrsta insekti nadmašuju sve ostale klase. Njihova tjelesna temperatura zavisi od okruženje, što snažno utiče 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 reverzibilno zaustavljanje razvojnih procesa i uzrokovano je vanjskim faktorima. Dijapauza nastaje kada nastanu nepovoljni uslovi za život i traje cijelu zimu, dok s početkom proljeća uslovi ne postanu povoljniji.
Početak zimske sezone različite vrste insekti u različitim fazama svog razvoja, u kojima hiberniraju - u obliku jaja, ličinki, kukuljica ili odraslih oblika, ali obično svaka pojedina vrsta pada u dijapauzu u određenoj fazi svog razvoja. Tako, na primjer, sedam bodova 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 ne dozvoljava smrzavanje. To se događa u fazi razvoja insekta u kojem će prezimiti.
Čak i s početkom 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 je povezano sa rezervama masti u tijelu. Pčele ne padaju u dugu dijapauzu, ali i dalje na temperaturi od 0 do 6°C umrtvljuju 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 istraživao anabiozu kod nekih vrsta leptira. Otkrio je da trajanje dijapauze varira od vrste do vrste. Na primjer, leptir paun je bio u suspendiranoj animaciji 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?
Na neobičan način, neke vrste velike klase riba prilagođavaju se niskim temperaturama vode zimi. Normalna tjelesna temperatura ribe nije konstantna i odgovara temperaturi vode. S naglim naglim padom temperature vode, riba pada u stanje šoka. Dovoljno je, međutim, da se voda zagrije, i oni brzo “ožive”. Eksperimenti su pokazali da smrznuta riba oživljava samo kada joj krvni sudovi nisu zamrznuti.
Izvorno prilagođene niskim temperaturama vode zimi, neke ribe koje žive u arktičkim vodama: mijenjaju sastav krvi. Sa smanjenjem temperature vode u jesen, u njihovoj krvi se nakupljaju soli u takvoj koncentraciji koja je karakteristična za morsku vodu, a krv se u isto vrijeme teško smrzava (neka vrsta antifriza).
Od slatkovodne ribe još u novembru šaran, ruš, smuđ, som i drugi padaju u hibernaciju. Kada temperatura vode padne ispod 8 - 10°C, ove ribe sele se u dublje dijelove akumulacija, kopaju se u velikim grupama u mulj i tamo ostaju u stanju hibernacije tokom cijele zime.
Neki morske ribe takođe podnose jaku hladnoću u stanju hibernacije. Tako se, na primjer, haringe već u jesen približavaju obali Arktičkog oceana kako bi na dnu nekog malog zaljeva pale u stanje hibernacije. Crnomorski inćun također zimuje u južnim regijama mora - uz obalu Gruzije, u ovom trenutku nije aktivan i ne konzumira hranu. A azovski inćun prije početka zimskog perioda migrira u Crno more, gdje se okuplja u grupama u relativno sjedilačkom stanju.
Hibernaciju riba karakterizira njihova izrazito ograničena aktivnost, potpuni prestanak hranjenja i nagli pad metabolizma. U to vrijeme njihovo tijelo je podržano rezervama hranjivih tvari koje su akumulirane zbog obilne prehrane u jesen.
hibernacije 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, daždevnjaci takođe provode nepovoljnu zimsku sezonu u stanju omamljenosti, jer su to životinje sa nestabilnom tjelesnom temperaturom koja ovisi o temperaturi okoline.
Utvrđeno je da hibernacija žaba traje od 130 do 230 dana i njeno trajanje zavisi od trajanja zime.
U akumulacijama, da bi prezimile, žabe se skupljaju u grupe od 10-20 jedinki, zarivaju se u mulj, u podvodna udubljenja i druge šupljine. Tokom hibernacije, žabe dišu samo kroz kožu.
Zimi se tritoni obično gnijezde ispod toplih, trulih panjeva i stabala palog drveća. Ako u blizini ne nađu tako zgodne "stanove", zadovoljni su pukotinama u tlu.
Gmizavci takođe hiberniraju
Iz klase gmizavaca, gotovo sve vrste naše faune padaju u stanje hibernacije zimi. Nisko zimske temperature je glavni razlog za ovaj fenomen.
Zimovnici su obično podzemne pećine ili praznine formirane oko velikih starih panjeva sa trulim korijenjem, pukotina u stijenama i drugih mjesta koja nisu dostupna njihovim neprijateljima. U takvim skloništima okuplja se veliki broj zmija, formirajući ogromne kolutove zmija. Utvrđeno je da se temperatura zmija tokom hibernacije gotovo ne razlikuje od temperature okoline.
Većina vrsta guštera (livadski, prugasti, zeleni, šumski, vretenasti) također prezimljuje, zarivajući se u tlo, u jazbine koje ne prijete poplavama. U toplim sunčanim danima zimi, gušteri se mogu "probuditi" i ispuzati iz svojih zimskih skloništa na nekoliko sati u lov, nakon čega se ponovo skrivaju u svojim jazbinama, padaju u stanje ukočenosti.
Močvarske kornjače zimu provode ukopavajući se u mulj akumulacija u kojima žive, dok se kopnene kornjače penju do dubine od 0,5 m u tlo u neka prirodna skloništa ili rupe krtica, lisica, glodara, pokrivajući se tresetom, mahovinom i mokro lišće.
Priprema za zimovanje počinje u oktobru, kada kornjače nakupljaju salo. U proleće se, uz privremeno zagrevanje, bude, ponekad i po celu nedelju.
Ima li ptica koje hiberniraju zimi?
Većina životinja s nestabilnom tjelesnom temperaturom, koja ovisi o okolišu, pada u stanje hibernacije. Ali iznenađujuće, mnoge životinje sa konstantnom tjelesnom temperaturom, poput ptica, također mogu hibernirati u nepovoljnim godišnjim dobima. Poznato je da većina ptica izbjegava nepovoljne zimske uslove selidbom. Čak je i Aristotel, u svojoj višetomnoj Istoriji životinja, skrenuo pažnju na činjenicu da „neke od ptica odlete da prezime u toplim zemljama, dok se drugi sklanjaju u razna skloništa, gdje padaju u hibernaciju.”
Do ovog zaključka došao je i veliki švedski prirodnjak Karl Linnaeus, koji je u svom djelu “Sistem prirode” napisao: “U jesen, kada počne hladnoća, lastavice, ne nalazeći dovoljno insekata za hranu, počnu tražiti sklonište za zimovanje u trsci. korita duž obala jezera i rijeka."
Trpljenje u koje padaju neke vrste ptica prilično se razlikuje od hibernacije uobičajene za mnoge sisavce. Prije svega, tijelo ptica ne samo da ne akumulira rezerve energije u obliku masti, već, naprotiv, troši značajan dio njih. Dok sisari odlaze u hibernaciju, nakon što su se primjetno udebljali, ptice gube dosta na težini prije stupora. Zato se fenomen omamljenosti kod ptica, prema sovjetskom biologu R. Potapovu, ne treba nazvati hibernacijom, već hipotermijom.
Do sada mehanizam hipotermije kod ptica nije u potpunosti shvaćen. Pad ptica u stanje stupora u nepovoljnim životnim uslovima je adaptivna fiziološka reakcija koja je fiksirana u procesu evolucije.
Koji sisari hiberniraju zimi?
Kao i kod životinja o kojima smo ranije govorili, tako i kod sisara, hibernacija je biološka adaptacija za preživljavanje nepovoljne sezone u godini. Iako životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom obično podnose hladnu klimu, nedostatak odgovarajuće hrane zimi je doveo do toga da neke od njih steknu i postupno učvrste u toku evolucije ovaj osebujni instinkt - da provode nepovoljnu zimsku sezonu u neaktivnom stanju hibernacije. .
Postoje tri vrste hibernacije u zavisnosti od stepena torpora:
1) lagana omamljenost, koja se lako zaustavlja (rakuni, jazavci, medvedi, rakunski psi);
2) potpuni stupor, praćen periodičnim buđenjem samo u toplijim zimskim danima (hrčci, veverice, slepi miševi);
3) prava neprekidna hibernacija, koja je stabilna, dugotrajna omamljenost (zemne vjeverice, ježevi, svizci, jerboas).
Zimskom hibernaciji sisara prethodi određena fiziološka priprema organizma. Sastoji se prvenstveno od nakupljanja masnih rezervi, uglavnom ispod kože. Neki hiberniraju zimi potkožna mast dostiže 25% ukupna masa tijelo. Na primjer, vjeverice se debljaju početkom jeseni, povećavajući tjelesnu težinu tri puta u odnosu na proljetno-ljetnu. Prije hibernacije, i ježevi i mrki medvjedi, kao i svi slepi miševi.
Drugi sisari, kao što su hrčci i veverice, ne akumuliraju velike zalihe masti, već skladište hranu u svom skloništu kako bi je koristili tokom kratkih perioda buđenja zimi.
Tokom hibernacije, sve vrste sisara leže nepomično u svojim jazbinama, sklupčane u klupko. Zato je najbolje održavati toplotu i ograničiti razmjenu topline sa okolinom. Zimnički stanovi mnogih sisara prirodna su praznina stabljika i šupljina drveća.
Od sisara insektojeda, jež, pripremajući se za hibernaciju, skuplja mahovinu, lišće, sijeno na osamljenom mjestu i uređuje gnijezdo za sebe. Ali on se u svoj novi dom „nastani“ tek kada je temperatura dugo vrijeme održava se ispod 10°C. Prije toga, jež obilno jede 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 smjesti 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 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. Takozvani organizmi koji nisu u stanju da stvaraju organska materija od neorganskih. Oni stvaraju organske tvari neophodne svom tijelu od organskih tvari koje dolaze s hranom. Za razliku od životinja, biljke formiraju organske tvari iz neorganskih tvari, koristeći za to energiju svjetlosti. Ali u životu životinja svjetlo takođe igra važnu ulogu. Mnoge životinje imaju organe vida koji im omogućavaju navigaciju u svemiru, razlikovanje jedinki svoje vrste od drugih, traženje hrane, migriranje itd. Neke vrste životinja su aktivne tokom dana ( falconiformes, lastavice, zebre), drugi noću ( žohari, sove, ježevi).
Većina životinjskih vrsta živi u uslovima koji se menjaju tokom godine. U proljeće se trajanje dnevnog svjetla postepeno povećava, a s približavanjem jeseni počinje se smanjivati. Reagirajući 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.
Još jedan važan faktor nežive prirode koji utiče na vitalnu aktivnost organizama je temperatura. At hladnokrvnih životinja (beskičmenjaci, riba, vodozemci, reptili) tjelesna temperatura zavisi od temperature okoline. U uslovima niskih temperatura padaju u stanje stupora.
toplokrvnih životinja (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 na niskim temperaturama hladnoljubiv (pingvini, polarni medvjed , dubokomorske ribe i sl.). Ove životinje imaju dobro razvijenu dlaku ili perje, sloj potkožne masti itd.
Vrste koje žive na visokim temperaturama nazivaju se termofilna (kamenih korala, antilope, nilski konji, kao strašilo 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.) .
Još jedan faktor životne sredine, koji igra važnu ulogu u životu životinja, je vlažnost . Tijelo mnogih životinja sadrži 50-60% vode, a tijelo meduza i do 98%. Voda osigurava transport tvari kroz tijelo, učestvuje u njihovim hemijskim transformacijama, reguliše tjelesnu temperaturu, uklanja krajnje produkte 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 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, riba mogu živjeti samo u slatkoj vodi, druge - samo u morima. materijal sa sajta
Iskustvo životinja u dugim periodima nepovoljnih uslova.Životinje doživljavaju periode nepovoljnih uslova na različite načine. Na primjer, zimi neke životinjske vrste hiberniraju ( Mrki medvjed, jež, jazavac itd.). To im omogućava da smanje potrošnju energije kada je hrana oskudna. Za stanovnike pustinje, hibernacija može nastupiti ljeti, tokom sušne sezone. Jednoćelijske životinje podnose nepovoljne uslove u fazi ciste. Mnogi beskičmenjaci preživljavaju nepovoljne uslove u fazi jajeta (među rakovima - skute, mnogi insekti).
Među neživih faktora najveći uticaj na životinje vrše:
- svjetlo;
- temperatura;
- vlažnost;
- slani sastav vode.
Na ovoj stranici materijal o temama:
Faktori staništa za neživu prirodu
Koji faktor nežive prirode utiče na bor
Nepovoljni uslovi prirode
Utjecaj različitih faktora biološke prirode za Drugi svjetski rat
Kako životinje utiču na neživu prirodu
Pitanja o ovoj stavci:
Promjena godišnjih doba u umjerena zona podrazumijeva značajne promjene u životu prirode, povezan prvenstveno s promjenama temperature. Adaptacije biljaka i životinja povezane s promjenama vanjskih uvjeta imaju različit oblik i manifestacije: kod sisara raste gusta poddlaka, ptice selice mijenjaju svoje stanište, ostale ptice su prekrivene 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; spremam se za zimu.
Biljke akumuliraju rezervne hranjive tvari u organima koji prezimljuju: korijenje, rizomi, lukovice, gomolji.
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 uslovima (visoke ili veoma niske temperature, niska vlažnost, nedostatak hrane itd.) u stanju dubokog mirovanja. Karakterizira ga smanjenje fizioloških procesa, usporavanje izmjene plinova, prestanak prehrane i nepokretnost životinja.
Temperatura koja uzrokuje ovo stanje različita je za različite vrste. Kod nekih insekata, riba i vodozemaca duboko mirovanje nastupa već kada temperatura padne na + 15 ° C, kod drugih - na + 10 ° C, kod drugih - samo na temperaturi blizu 0 ° C.
Kod različitih biljnih vrsta različiti organi doživljavaju stanje zimskog mirovanja. U lukovičastim biljkama - lukovice, u paprati i nizu drugih - rizomi, u slatkom grašku - podzemni gomolji, u čička - rozete lišća pritisnute na zemlju, u većini biljaka - sjemenke.
Beskičmenjaci mogu prezimiti u različitim fazama razvoja. Dakle, obični malarični komarac je u fazi odraslog insekta, proljetni komarac je u fazi larve, šuplji komarac je u fazi jaja, a kupusov moljac je u fazi kukuljice.
Tokom jeseni i zime biljke i insekti se više navikavaju na hladnoću i otpornost na nju niske temperature. Ovo se zove otvrdnjavanje.
Anabioza životinja i biljaka
Organizmi u stanju suspendirane animacije imaju posebnu otpornost na nepovoljne uvjete. Tokom anabioze, životni procesi su privremeno zaustavljeni ili toliko smanjeni da nema vidljivih manifestacija života.
Kod cvjetnica, stanje anabioze je uključeno u normalan ciklus života. Osušeno sjeme ostaje održivo dugi niz godina. Kod većeg broja beskičmenjaka (protozoa, niži rakovi, rotiferi) anabioza nastaje kada se presuši lokve i močvare u kojima žive.
Ostali beskičmenjaci prelaze u suspendovanu animaciju kada su zamrznuti. Protozoe, neki artropodi (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 mahovine i paprati i sjemenke žitarica su nakon sušenja podvrgnute temperaturi od -272°C i zadržale su klijavost.
Utvrđeno je da je povratak u aktivni život iz stanja suspendirane animacije moguć samo kada tkivna tekućina ne formira kristale, već ostane u prehlađenom stanju. To je zbog činjenice da se u tkivima formira glicerin, koji sprječava smrzavanje.
Fiziologija hibernacije
Smanjenje brzine metabolizma koje se javlja 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.
U zimu padaju hrčci, veverice, slepi miševi, ježevi, neke vrste vjeverica hibernacija. 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 na slepi miševi, na primjer, pada sa 420 na 16 u minuti.
Kod nekih sisara - medvjeda, jazavca, rakunskih pasa, vjeverica - dolazi do zimskog sna, tokom kojeg je metabolizam također značajno smanjen, ali nema pada tjelesne temperature.
Specijalna oprema
Za završetak životnog ciklusa, nekim biljkama, insektima i nizu drugih organizama potrebno je hlađenje i prolazak kroz faze zimskog mirovanja. U ovom trenutku provode se određeni fiziološki procesi koji pripremaju tijelo za novi aktivan život.
Majka priroda je veoma tvrdoglava. Ona uvijek pokušava da savlada sve teške uslove koje stvaraju nemilosrdne sile naše planete, a u tako ekstremnim uslovima se domišljatost prirodnog sveta može videti u svom svom sjaju. Čini se da je u velikoj većini slučajeva priroda pametnija od bilo kog naučnika i izmišlja načine preživljavanja koji mogu poslužiti kao inspiracija 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 jednostavnije, hladnokrvne životinje, što znači da što je niža temperatura prostora koji ih okružuje, to im je teže održavati svoje metaboličke funkcije. Štaviše, kako temperatura pada, u ćelijama njihovog tijela nastaju kristali leda i tako životinja može pretrpjeti nepopravljivu štetu, koja će na kraju dovesti do njene smrti. Međutim, dok arktičke ribe nemaju luksuz da stvaraju vlastitu toplinu, kao što to imaju tijela tuljana i drugih morski sisari koji žive u istoj ledenoj vodi, izgleda da napreduju, a kako im to uspeva dugo je zbunjivalo naučnike.
Objašnjenje je pronađeno u poslednjih godina kada je otkriven protein antifriza koji sprečava stvaranje kristala leda u njihovoj krvi. Međutim, tačno kako ovaj protein djeluje otkriveno je tek prije tri godine u studiji Volkswagena (da, proizvođača automobila). Protein sprječava stvaranje leda u molekulima koji ga okružuju i na taj način omogućava stanicama da nastave svoj rad životni ciklus. Ovaj fenomen se postiže činjenicom da protein usporava molekule vode, koje su obično u stanju neprekidnog kretanja, slično plesu. Time se sprječava stvaranje i kidanje veza koje su neophodne za stvaranje leda. Sličan protein pronađen je u nekoliko vrsta buba koje žive na velikim visinama ili u neposrednoj blizini Arktičkog kruga.
9. Zamrzavanje za preživljavanje
Arktičke ribe izbjegavaju smrzavanje, ali druge životinje su evoluirale da se potpuno smrznu kako bi preživjele hladnu sezonu. Koliko god paradoksalno zvučalo, ali nekoliko vrsta žaba i kornjača se gotovo potpuno smrzavaju i u ovom stanju provedu cijelu zimu. Zanimljivo je da se smrznu do čvrstog stanja, a ako takvu smrznutu, ali živu žabu bacite kroz prozor, ona će se istog trena slomiti, kao da je pogođena komadom leda. Zatim žabe čudesno odmrznuti ponovo u živahno stanje tokom proleća. Ovo izvanredno preživljavanje zime je zbog činjenice da urea i glukoza (koja nastaje konverzijom glikogena jetre koja se događa prije smrzavanja) ograničavaju količinu leda i smanjuju osmotsko skupljanje ćelija, što bi inače dovelo do smrti životinje. Drugim riječima, šećer omogućava žabi da preživi. Međutim, njihova otpornost ima ograničenje: iako izgledaju potpuno čvrsto kada su zamrznute, životinje možda neće preživjeti ako se više od 65 posto vode u njihovom tijelu zamrzne.
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 u gomilu i drhte kako se ne bi smrzle.
7. Encystation
Protozoe, bakterije i spore, te neke nematode, koriste encistation (što je ulazak u stanje suspendirane animacije i odvajanje od vanjski svijet sa čvrstim ćelijskim zidom) da izdrže nepovoljne uslove tokom dužeg vremenskog perioda. Veoma dugi vremenski periodi.
Zapravo, to je 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 oko 250 miliona godina (da, bio je stariji od dinosaurusa). Encystation bi mogao biti jedini način da se parkirate Jurassic može postati stvarnost. S druge strane, zamislite šta bi se dogodilo da naučnici ožive virus koji ljudsko tijelo nema zastite...
6. Prirodni radijatori
Održavanje hladnoće je problem u tropskim područjima, posebno kada su u pitanju veće ili energičnije životinje. Prirodni radijatori su efikasan metod smanjiti tjelesnu temperaturu: na primjer, uši slonova i zečeva pune su krvnih sudova i pomažu životinjama da ohlade svoja tijela na vrućini. Zečevi koji žive u arktičkim regijama imaju mnogo manje uši, poput vunastih mamuta, 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 ili, prema nekim naučnicima, u dinosaurima koji pripadaju porodici stegosaurusa, čije su ploče bile zasićene posudama kako bi se olakšao prijenos 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 u kožnim morske kornjače(najveće kornjače na svijetu), ili velike ajkule kao što je velika Bijela ajkula ili mako ajkula. Ovo povećanje telesne temperature omogućava ovim stvorenjima da budu prilično energični u hladnim vodama – štaviše, morske kožne kornjače su najbrži reptili na Zemlji, sposobni da dostignu brzinu do 32 kilometra na sat u kratkom trku.
4. Promjena svojstava krvi
Da bi preživjele u ekstremnim uvjetima, neke životinje su razvile različite vrste sastava krvi: na primjer, kit spermatozoid i planinska guska iz Azije. Obje ove vrste imaju čudnu sposobnost skladištenja mnogo više kisika u svojim krvnim stanicama od drugih životinja. Međutim, potreban im je iz raznih razloga: kit sperma mora dugo zadržavati dah zbog činjenice da zaroni u velika dubina u potrazi za hranom. Planinska guska 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 biti katastrofalna za mnoge životinje. Kišna sezona može značiti česte poplave u kojima mnoge kopnene životinje gube živote, dok sušna sezona znači da nema 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 dubokim morem život marinca. Temperatura vode koja okružuje ove otvore prelazi tačku ključanja, ali sam pritisak vode na ovim dubinama sprečava stvaranje mjehurića. Hidrotermalni otvori neprestano emituju sumporovodik, koji je vrlo toksičan za većinu oblika života. Međutim, ove paklene rupe često su okružene kolonijama raznih prirodnih organizama, od kojih većina izgleda uspijeva u toksičnom svijetu bez sunca. Ova bića su uspjela da se izbore sa nedostatkom sunčeve svjetlosti (za koju znamo da je važan dio za većinu oblika života, jer pokreće sintezu vitamina D) i nevjerovatno visokim temperaturama. S obzirom na to da su mnoga dubokomorska stvorenja koja žive oko otvora prilično primitivna sa evolucijske tačke gledišta, naučnici trenutno pokušavaju da otkriju da li su ovi otvori bili pravi uslovi za nastanak života, koji se prvi put pojavio pre oko 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, meksička Aratinga holochlora, gnijezdi se u krateru vulkana Masaya. Dio koji je teško objasniti je da krater neprestano ispušta sumporne gasove, koji su prilično smrtonosni. Kako se ovi papagaji mogu gnijezditi u okruženju koje može lako ubiti ljude i druge životinje za nekoliko minuta još uvijek je misterija za naučnike, dokazujući da se majka priroda, u svojoj odlučnosti da osvoji svemir, ne boji nikakvih prepreka. Dok je fauna koja živi u blizini dubokomorskih otvora imala milione godina evolucije kako bi se prilagodila životu u takvim uvjetima, zeleni papagaji kratera vulkana Masaya počeli su živjeti ovim načinom života vrlo nedavno u smislu evolucije. Proučavajući takve odvažne vrste, može se bolje razumjeti kako čudo svemira, evolucija, funkcionira, baš kao što je Charles Darwin posmatrao zebe sa ostrva Galapagos tokom svog putovanja na brodu Beagle.
Adaptacija- ovo je adaptacija tijela na uvjete 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 sa slanim zemljištem halofiti; biljke otporne na sjenu sciofiti), i zahtijeva punu sunčevu svjetlost za normalan razvoj ( 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 prilagođavanja nepovoljnim uvjetima kod biljaka i životinja se razlikuje. Zbog činjenice da su životinje pokretne, njihove su prilagodbe raznovrsnije od onih kod biljaka. Životinje mogu:
- izbjegavati nepovoljne uslove (ptice od zimskog gladovanja i hladnoće lete u toplije podneblje, jeleni i drugi kopitari lutaju u potrazi za hranom itd.);
- pasti u suspendiranu animaciju - privremeno stanje u kojem su životni procesi toliko usporeni da su njihove vidljive manifestacije gotovo potpuno odsutne (stupor insekata, hibernacija kičmenjaka, itd.);
- prilagođavaju se životu u nepovoljnim uslovima (dlaka i potkožna masnoća ih čuvaju od mraza, pustinjske životinje imaju uređaje za ekonomično korišćenje vode i hlađenja itd.). (Sl. 7).
Biljke su neaktivne i vode vezan način života. Stoga su za njih moguće samo posljednje dvije varijante adaptacija. Dakle, biljke karakteriše smanjenje intenziteta vitalnih procesa u nepovoljnim periodima: opadaju lišće, prezimljuju kao uspavani organi zakopani u tlu - lukovice, rizomi, gomolji i ostaju u stanju sjemena i spora u tlu. . Kod briofita cijela biljka ima sposobnost anabioze, koja u suhom stanju može trajati nekoliko godina.
Otpornost biljaka na štetne faktore povećava se zahvaljujući posebnim fiziološkim mehanizmima: promjenama osmotskog tlaka u stanicama, regulaciji intenziteta isparavanja uz pomoć stomata, korištenju “filterskih” membrana za selektivnu apsorpciju tvari itd.
Adaptacije u različitim organizmima se razvijaju sa različita brzina. Najbrže se javljaju kod insekata koji se mogu prilagoditi djelovanju novog insekticida za 10-20 generacija, što objašnjava neuspjeh kemijske kontrole gustine populacije štetočina insekata. Proces razvoja adaptacija kod biljaka ili ptica odvija se polako, tokom stoljeća.
Uočene promjene u ponašanju organizama obično se povezuju sa skrivenim osobinama koje su imali, takoreći, "u rezervi", ali su se pod utjecajem novih faktora pojavile i povećale otpornost vrsta. Takve skrivene karakteristike objašnjavaju otpornost nekih vrsta drveća na djelovanje industrijskog zagađenja (topola, ariš, vrba), a nekih korovskih vrsta na djelovanje herbicida.
Sastav iste ekološke grupe često uključuje organizme koji nisu slični jedni drugima. To je zbog činjenice da se različite vrste organizama mogu prilagoditi istom faktoru okoline na različite načine.
Na primjer, drugačije doživljavaju hladnoću toplokrvni(oni se nazivaju endotermni, od grčkih riječi endon - iznutra i terme - toplina) i hladnokrvnih (ektotermna, od grčkog ectos - izvan) 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 svoju tjelesnu temperaturu internom proizvodnjom topline na temelju intenzivnog metabolizma. Svoju tjelesnu toplinu održavaju na račun toplih “krznenih kaputa” od perja, vune itd.
Fiziološke i morfološke adaptacije dopunjuju se adaptivnim ponašanjem (izbor vjetrom zaštićenih mjesta za prenoćište, 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 prilagodbama, na primjer, isparavanjem vlage s površine sluznice usne šupljine i gornjih dišnih puteva. (Iz tog razloga, na vrućini, psu se ubrzava disanje i on isplazi jezik.)
Temperatura tijela i pokretljivost ektotermnih životinja ovisi o temperaturi okoline. Insekti i gušteri postaju letargični i neaktivni po hladnom vremenu. Istovremeno, mnoge životinjske vrste imaju mogućnost da izaberu mjesto s povoljnim uvjetima za temperaturu, vlažnost i sunčevu svjetlost (gušteri se griju na osvijetljenim kamenim pločama).
Međutim, apsolutna ektotermija se opaža samo kod vrlo malih organizama. Većina hladnokrvnih organizama još uvijek je sposobna za lošu regulaciju tjelesne temperature. Na primjer, kod aktivno letećih insekata - leptira, bumbara, tjelesna temperatura se održava na 36-40 ° C čak i pri temperaturama zraka ispod 10 ° C.
Slično, vrste iste 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 ćelijske membrane, druge imaju pubescenciju ili voštani premaz na listovima. Neki kserofiti (na primjer, iz porodice labiaceae) emituju pare eteričnih ulja, koje ih obavijaju poput „ćebe“, što smanjuje isparavanje. korijenski sistem kod nekih kserofita je moćan, zadire u tlo do nekoliko metara dubine i dostiže nivo podzemne vode (devin trn), kod drugih je površan, ali jako razgranat, što omogućava skupljanje oborinske vode.
Među kserofitima postoje grmovi sa vrlo malim tvrdim listovima koji se mogu osipati u najsušnijem periodu (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 podnose visoke temperature zrak. Sukulenti uključuju američke kaktuse i saksaul koji rastu u srednjoazijskim pustinjama. Imaju posebnu vrstu fotosinteze: puči se otvaraju kratko i samo noću, u ovim hladnim satima, biljke pohranjuju ugljični dioksid, a danju ga koriste za fotosintezu sa zatvorenim stomama. (Sl. 9.)
Različite adaptacije za preživljavanje u nepovoljnim uvjetima na zaslanjenim tlima također se primjećuju kod halofita. Među njima ima biljaka koje su u stanju da akumuliraju soli u svom tijelu (soleros, swede, sarsazan), luče višak soli na površini listova posebnim žlijezdama (kermek, tamariks), "čuvaju" soli iz svog tkiva zbog „korijenska barijera” nepropusna 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 pod 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. Zbog čega 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 doživljavanje istih nepovoljnih uslova okoline.
4. Koja je razlika između prilagođavanja na niske temperature kod endotermnih i ektotermnih životinja?
