Comment les organismes vivants survivent à des conditions défavorables (hivernage, hibernation, animation suspendue, migration, etc.)
Sections: La biologie
Objectifs: augmenter les domaines de connaissances des étudiants; apprendre à analyser le phénomène d'arrêt temporaire de l'activité vitale chez les organismes vivants qui l'utilisent comme moyen de s'adapter et de survivre dans des conditions défavorables.
Matériel : tableaux de mollusques, crustacés, insectes, poissons, amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères.
La saison hivernale est défavorable pour de nombreux représentants du monde animal et végétal, à la fois en raison des basses températures et d'une forte réduction de la capacité à se nourrir. Au cours du développement évolutif, de nombreuses espèces d’animaux et de plantes ont acquis des mécanismes d’adaptation uniques pour survivre lors de saisons défavorables. Chez certaines espèces d'animaux, l'instinct de créer des réserves alimentaires est apparu et s'est établi ; d'autres ont développé une autre adaptation : la migration. Des vols incroyablement longs de nombreuses espèces d'oiseaux, des migrations de certaines espèces de poissons et d'autres représentants du monde animal sont connus. Cependant, au cours du processus d'évolution, un autre mécanisme d'adaptation physiologique parfait a été observé chez de nombreuses espèces animales : la capacité de tomber dans un état apparemment sans vie, qui se manifeste différemment selon les espèces animales et porte des noms différents (anabiose, hypothermie, etc. ). Or, toutes ces conditions se caractérisent par une inhibition minimale des fonctions vitales de l’organisme, ce qui lui permet de survivre à des conditions hivernales défavorables sans manger. Les espèces animales incapables de se nourrir en hiver tombent dans un état de mort imaginaire similaire et risquent de mourir de froid et de faim. Et tout cela, développé au cours du processus d'évolution, est soumis à un strict opportunisme naturel - la nécessité de préserver l'espèce.
L'hibernation est un phénomène répandu dans la nature, malgré le fait que ses manifestations varient parmi les représentants de certains groupes d'animaux, qu'il s'agisse d'animaux à température corporelle instable (poïkilothermique), également appelés à sang froid, chez lesquels la température corporelle dépend de l'environnement. température corporelle, ou des animaux à température corporelle constante (homéothermique), également appelés à sang chaud.
Parmi les animaux à température corporelle instable, divers types de mollusques, crustacés, arachnides, insectes, poissons, amphibiens et reptiles hibernent, et parmi les animaux à température corporelle constante, plusieurs espèces d'oiseaux et de nombreuses espèces de mammifères.
Comment les escargots hivernent-ils ?
Du type au corps mou au hibernation De nombreuses espèces d'escargots tombent (par exemple, tous les escargots terrestres). Les escargots de jardin communs entrent en hibernation en octobre, qui dure jusqu'au début avril. Après une longue période préparatoire, durant laquelle ils accumulent les connaissances nécessaires nutriments, les escargots trouvent ou creusent des trous pour que plusieurs individus puissent hiverner ensemble en profondeur sous terre, où la température sera maintenue à 7 - 8°C. Après avoir bien bouché les terriers, les escargots descendent au fond et se couchent avec l'ouverture de la coquille tournée vers le haut. Ils ferment ensuite cette ouverture, libérant une substance visqueuse qui durcit rapidement et devient élastique (semblable à un film). Avec un refroidissement important et un manque de nutriments dans le corps, les escargots s'enfouissent encore plus profondément dans le sol et forment un autre film, créant ainsi des chambres à air qui jouent le rôle d'un excellent isolant. Il a été établi qu'au cours d'un long hiver, les escargots perdent plus de 20 % de leur poids, la perte la plus importante se produisant au cours des 25 à 30 premiers jours. Cela s'explique par le fait que tous les processus métaboliques s'éteignent progressivement pour atteindre le minimum auquel l'animal tombe presque dans un état d'animation suspendue avec des fonctions vitales à peine perceptibles. Pendant l'hibernation, l'escargot ne se nourrit pas et sa respiration s'arrête presque. Au printemps, quand le premier journées chaudes et la température du sol atteint 8-10° C, lorsque la végétation commence à se développer et que les premières pluies tombent, les escargots sortent de leurs abris d'hiver. Ensuite, une activité intensive commence pour restaurer les réserves alimentaires épuisées de leur corps ; cela se traduit par l'absorption d'une quantité énorme de nourriture par rapport à leur corps.
Les escargots d'eau des étangs entrent également en état d'hibernation - la plupart d'entre eux s'enfouissent dans le limon au fond du réservoir dans lequel ils vivent.
Où les écrevisses passent-elles l'hiver ?
Tout le monde connaît la menace populaire : « Je vais vous montrer où les écrevisses passent l’hiver ! » On pense que ce dicton est apparu à l'époque du servage, lorsque les propriétaires fonciers, punissant les serfs coupables, les obligeaient à attraper des écrevisses en hiver. Entre-temps, on sait que cela est presque impossible, car les écrevisses passent l'hiver enfouies profondément dans les trous au fond des réservoirs.
D'un point de vue systématique, la classe des crustacés est divisée en deux sous-classes : les crustacés supérieurs et inférieurs.
Parmi les crustacés supérieurs, les écrevisses de rivière, de marais et de lac entrent en état d'hibernation. Les mâles hivernent en groupe dans des trous profonds au fond, et les femelles seules dans des terriers, et en novembre ils collent des œufs fécondés sur leurs pattes courtes, d'où n'éclosent des crustacés de la taille d'une fourmi qu'en juin.
Parmi les crustacés inférieurs, les puces d'eau (genre Daphnia) présentent un intérêt. Ils pondent, selon les conditions, deux types d'œufs : l'été et l'hiver. Les œufs d'hiver ont une coquille durable et se forment lorsque des conditions de vie défavorables surviennent. Pour certaines espèces de crustacés inférieurs, le séchage, voire la congélation des œufs est une condition nécessaire pour poursuivre leur développement.
Diapause chez les insectes
En termes de nombre d'espèces, les insectes surpassent toutes les autres classes. Leur température corporelle dépend environnement, ce qui a un fort impact sur la vitesse des influences vitales, et les basses températures réduisent considérablement cette vitesse. À des températures négatives, tout le développement de l'insecte ralentit ou s'arrête pratiquement. Cet état anabiotique, appelé « diapause », est un arrêt réversible des processus de développement et est provoqué par des facteurs externes. La diapause se produit lorsque des conditions défavorables à la vie surviennent et se poursuit tout au long de l'hiver jusqu'à ce qu'avec l'arrivée du printemps, les conditions deviennent plus favorables.
Le début de la saison hivernale est retardé différents types insectes à différents stades de leur développement, dans lesquels ils hivernent - sous forme d'œufs, de larves, de pupes ou de formes adultes, mais généralement chaque espèce entre en diapause à un certain stade de son développement. Ainsi, par exemple, sept points coccinelle hiverne à l’âge adulte.
Il est caractéristique que l'hivernage des insectes soit précédé d'une certaine préparation physiologique de leur corps, constituée de l'accumulation de glycérol libre dans leurs tissus, qui empêche le gel. Cela se produit au stade de développement des insectes dans lequel ils passeront l’hiver.
Même avec l'apparition des premiers signes de refroidissement à l'automne, les insectes trouvent des abris confortables (sous les pierres, sous l'écorce des arbres, sous les feuilles mortes dans des terriers creusés dans le sol, etc.), où après les chutes de neige la température est modérément basse et uniforme.
La durée de la diapause chez les insectes dépend directement des réserves de graisse corporelle. Les abeilles n'entrent pas dans une longue diapause, mais deviennent quand même engourdies à des températures de 0 à 6°C et peuvent rester dans cet état pendant 7 à 8 jours. À des températures plus basses, ils meurent.
Il est également intéressant de voir comment les insectes déterminent avec précision le moment où ils doivent quitter l’état anabiotique. Le scientifique N.I. Kalabukhov a étudié l'animation suspendue chez certaines espèces de papillons. Il a constaté que la durée de la diapause varie selon les espèces. Par exemple, le papillon paon est resté en état d'animation suspendue pendant 166 jours à une température de 5,9°C, tandis que le ver à soie a eu besoin de 193 jours à une température de 8,6°C. Selon le scientifique, même les différences géographiques affectent la durée de la diapause.
Les poissons hibernent-ils pendant l'hiver ?
Certaines espèces d’une large classe de poissons s’adaptent également de manière unique aux basses températures de l’eau en hiver. La température corporelle normale des poissons n’est pas constante et correspond à la température de l’eau. Lorsque la température de l’eau chute brusquement, les poissons entrent en état de choc. Cependant, il suffit que l'eau se réchauffe et elles « prennent vie » rapidement. Des expériences ont montré que les poissons congelés ne prennent vie que dans les cas où leurs vaisseaux sanguins ne gèlent pas.
Certains poissons qui vivent dans les eaux arctiques s'adaptent de manière originale aux basses températures de l'eau en hiver : ils modifient la composition de leur sang. À mesure que la température de l'eau baisse à l'automne, les sels s'accumulent dans leur sang à une concentration typique de l'eau de mer, et en même temps le sang gèle très difficilement (une sorte d'antigel).
Depuis poisson d'eau douce en novembre, carpes, collerettes, perches, poissons-chats et autres entrent en hibernation. Lorsque la température de l'eau descend en dessous de 8 à 10°C, ces poissons se déplacent vers les parties plus profondes des réservoirs, s'enfouissent en grands groupes dans la boue et y restent en état d'hibernation tout au long de l'hiver.
Quelques poisson de mer Ils tolèrent également le froid extrême en état d’hibernation. Par exemple, le hareng s'approche déjà à l'automne de la côte de l'océan Arctique pour tomber en état d'hibernation au fond d'une petite baie. L'anchois de la mer Noire hiverne également dans les régions méridionales de la mer - au large des côtes de Géorgie ; à cette époque, il n'est pas actif et ne consomme pas de nourriture. Et avant le début de l'hiver, l'anchois d'Azov migre vers la mer Noire, où il se rassemble en groupes dans un état relativement sédentaire.
L'hibernation chez les poissons se caractérise par une activité extrêmement limitée, un arrêt complet de la nutrition et une forte diminution du métabolisme. À cette époque, leur corps est soutenu par les réserves de nutriments accumulées grâce à une alimentation abondante en automne.
Hibernation des amphibiens
En termes de mode de vie et de structure, la classe des amphibiens est une transition entre les vertébrés typiquement aquatiques et les animaux typiquement terrestres. Il est connu que différentes sortes Les grenouilles, les tritons et les salamandres passent également la saison hivernale défavorable dans un état de torpeur, car ce sont des animaux dont la température corporelle est instable, qui dépend de la température ambiante.
Il a été établi que l'hibernation hivernale des grenouilles dure de 130 à 230 jours et que sa durée dépend de la durée de l'hiver.
Dans les plans d'eau, pour hiverner, les grenouilles se rassemblent en groupes de 10 à 20 individus, s'enfouissent dans le limon, les dépressions sous-marines et d'autres vides. Pendant l’hibernation, les grenouilles respirent uniquement par la peau.
En hiver, les tritons se perchent généralement sous des souches chaudes et pourries et des troncs d'arbres tombés. S’ils ne trouvent pas d’« appartements » aussi confortables à proximité, ils se contentent de fissures dans le sol.
Les reptiles hibernent aussi
De la classe des reptiles, presque toutes les espèces de notre faune tombent en état d'hibernation en hiver. Faible températures hivernales- la principale raison de ce phénomène.
Les quartiers d'hiver sont généralement des grottes souterraines ou des vides formés autour de grosses vieilles souches aux racines pourries, de crevasses dans les rochers et d'autres endroits inaccessibles à leurs ennemis. Un grand nombre de serpents se rassemblent dans de tels abris, formant d'énormes boules de serpents. Il a été établi que la température des serpents pendant l'hibernation n'est pratiquement pas différente de la température ambiante.
La plupart des espèces de lézards (des prés, rayés, verts, forestiers, fusains) hibernent également, s'enfouissant dans le sol, dans des terriers qui ne sont pas menacés d'inondation. Lors des journées chaudes et ensoleillées de l’hiver, les lézards peuvent se « réveiller » et ramper hors de leurs abris d’hiver pendant quelques heures pour chasser, après quoi ils retournent dans leurs terriers et tombent dans un état de torpeur.
Les tortues des marais passent l'hiver à s'enfouir dans le limon des réservoirs dans lesquels elles vivent, tandis que les tortues terrestres grimpent jusqu'à 0,5 m de profondeur dans le sol dans certains abris naturels ou trous de taupes, renards, rongeurs, se recouvrant de tourbe, mousse et feuilles mouillées.
Les préparatifs pour l'hivernage commencent en octobre, lorsque les tortues accumulent de la graisse. Au printemps, avec un réchauffement passager, ils se réveillent, parfois pendant une semaine entière.
Les oiseaux hibernent-ils en hiver ?
La plupart des animaux dont la température corporelle est instable, qui dépend de l'environnement, tombent en état d'hibernation. Mais il est surprenant que de nombreux animaux ayant une température corporelle constante, par exemple les oiseaux, puissent également hiberner pendant des saisons défavorables. On sait que la plupart des oiseaux évitent les conditions hivernales défavorables en migrant. Aristote, dans son Histoire des animaux en plusieurs volumes, a attiré l'attention sur le fait que « certains oiseaux s'envolent pour passer l'hiver dans pays chauds, tandis que d’autres se réfugient dans différents refuges, où ils hibernent.
Cette conclusion a également été tirée par l'éminent naturaliste suédois Carl Linnaeus, qui a écrit dans son ouvrage « Le système de la nature » : « En automne, lorsque le temps commence à se refroidir, les hirondelles, ne trouvant pas assez d'insectes pour se nourrir, commencent à chercher s'abriter pour l'hiver dans les roselières au bord des lacs et des rivières. »
La torpeur dans laquelle tombent certaines espèces d’oiseaux diffère considérablement de l’hibernation caractéristique de nombreux mammifères. Tout d’abord, le corps de l’oiseau non seulement n’accumule pas de réserves d’énergie sous forme de graisse, mais en consomme au contraire une partie importante. Alors que les mammifères hibernent pendant l’hiver et prennent sensiblement du poids, les oiseaux perdent beaucoup de poids avant de sombrer dans la torpeur. C'est pourquoi le phénomène de torpeur chez les oiseaux, selon le biologiste soviétique R. Potapov, devrait être appelé hypothermie plutôt qu'hibernation.
Jusqu’à présent, le mécanisme de l’hypothermie chez les oiseaux n’a pas été entièrement étudié. La chute des oiseaux dans un état de torpeur dans des conditions de vie défavorables est une réaction physiologique adaptative qui s'est consolidée au cours du processus d'évolution.
Quels mammifères hibernent ?
Comme chez les animaux évoqués précédemment, chez les mammifères, l’hibernation est une adaptation biologique permettant de survivre à une saison défavorable de l’année. Malgré le fait que les animaux à température corporelle constante tolèrent généralement des conditions climatiques froides, le manque de nourriture appropriée en hiver est devenu la raison de l'acquisition et de la consolidation progressive au cours du processus d'évolution par certains d'entre eux de cet instinct particulier - dépenser le défavorable saison hivernale en état d'hibernation inactif.
Il existe trois types d'hibernation en fonction du degré de torpeur :
1) torpeur légère qui s'arrête facilement (ratons laveurs, blaireaux, ours, chiens viverrins) ;
2) torpeur complète, accompagnée de réveils périodiques uniquement lors des journées d'hiver les plus chaudes (hamsters, tamias, chauves-souris) ;
3) une véritable hibernation continue, qui est une torpeur stable et prolongée (gaufres, hérissons, marmottes, gerboises).
L'hibernation hivernale chez les mammifères est précédée d'une certaine préparation physiologique de l'organisme. Elle consiste essentiellement en l’accumulation de réserves graisseuses, principalement sous la peau. Certains hibernants hivernent en hibernation. graisse sous cutanée atteint 25% masse totale corps. Par exemple, les écureuils terrestres prennent du poids même au début de l'automne, augmentant leur poids corporel trois fois par rapport au poids du printemps et de l'été. Avant l'hibernation, les hérissons et les ours bruns, ainsi que tous les chauves-souris.
D'autres mammifères, comme les hamsters et les tamias, n'accumulent pas de grandes réserves de graisse, mais stockent de la nourriture dans leur abri pour l'utiliser pendant leurs brèves périodes d'éveil en hiver.
Durant l'hibernation, toutes les espèces de mammifères restent immobiles dans leurs terriers, recroquevillées en boule. C’est le meilleur moyen de préserver la chaleur et de limiter les échanges thermiques avec l’environnement. Les quartiers d'hiver de nombreux mammifères sont les cavités naturelles des tiges et des creux des arbres.
Parmi les mammifères insectivores, le hérisson, en préparation pour l'hibernation, ramasse de la mousse, des feuilles, du foin dans un endroit isolé et se fait un nid. Mais il ne « s’installe » dans sa nouvelle demeure que lorsque la température pendant longtemps est maintenue en dessous de 10°C. Avant cela, le hérisson mange beaucoup afin d'accumuler de l'énergie sous forme de graisse.
L'hibernation hivernale des ours bruns est une légère torpeur. Dans la nature, en été, un ours accumule une épaisse couche de graisse sous-cutanée et, juste avant le début de l'hiver, s'installe dans sa tanière pour hiberner. Habituellement, la tanière est recouverte de neige, il fait donc beaucoup plus chaud à l'intérieur qu'à l'extérieur. Pendant l'hibernation, les réserves de graisse accumulées sont utilisées par le corps de l'ours comme source de nutriments et protègent également l'animal du gel.
D'un point de vue physiologique, l'hibernation chez les mammifères se caractérise par un affaiblissement de toutes les fonctions vitales de l'organisme au minimum qui leur permettrait de survivre sans nourriture dans des conditions hivernales défavorables.
Contrairement aux plantes, les animaux sont hétérotrophes. C'est le nom donné aux organismes incapables de créer matière organique des inorganiques. Ils créent les substances organiques nécessaires à leur organisme à partir des substances organiques fournies par la nourriture. Contrairement aux animaux, les plantes forment des substances organiques à partir de substances inorganiques, en utilisant pour cela l'énergie lumineuse. Mais dans la vie des animaux lumière joue également un rôle important. De nombreux animaux possèdent des organes visuels qui leur permettent de naviguer dans l'espace, de distinguer les individus de leur espèce des autres, de rechercher de la nourriture, de migrer, etc. Certaines espèces animales sont actives pendant la journée ( Falconiformes, les hirondelles, zèbres), d'autres - la nuit ( les cafards, chouettes, hérissons).
La plupart des espèces animales vivent dans des conditions qui varient tout au long de l'année. Au printemps, la durée du jour augmente progressivement et à l'approche de l'automne, elle commence à diminuer. En réagissant aux changements dans la durée du jour, les animaux peuvent se préparer à l'avance à l'apparition de changements dans la nature. La réaction des organismes aux changements d'heures de clarté est appelée photopériodisme.
Un autre facteur important nature inanimée influencer l’activité vitale des organismes est température. U animaux à sang froid (invertébrés, poisson, amphibiens, reptiles) la température corporelle dépend de la température ambiante. À basse température, ils entrent dans un état de torpeur.
Animaux à sang chaud (des oiseaux, mammifères) sont capables de maintenir la température corporelle, quels que soient ses changements dans l'environnement, à un niveau plus ou moins constant. Pour ce faire, ils doivent dépenser beaucoup d’énergie. Par conséquent, en hiver, ils sont confrontés au problème aigu de trouver de la nourriture.
Les animaux qui vivent dans des conditions de basse température sont appelés qui aime le froid (pingouins, ours polaire , poisson des profondeurs et etc.). Ces animaux ont des poils ou des plumes bien développés, une couche de graisse sous-cutanée, etc.
Les espèces qui vivent dans des conditions de températures élevées sont appelées thermophile (coraux madrépores, antilope, hippopotames, style perroquet et etc.) (Fig. 276, 4-6). De nombreuses espèces sont capables de vivre dans des conditions de changements périodiques de température. Elles sont appelées résistant au froid (loups, renards, sweatshirt à capuche et etc.) .
Un autre facteur environnemental, qui joue un rôle important dans la vie des animaux, est humidité . Le corps de nombreux animaux contient 50 à 60 % d'eau et celui des méduses en contient jusqu'à 98 %. L'eau assure le transport des substances dans tout l'organisme, participe à leurs transformations chimiques, à la régulation de la température corporelle, à l'élimination des produits métaboliques finaux, etc. Parmi les animaux, il y a qui aime l'humidité, résistant à la sécheresse Et qui aime le sec. À qui aime l'humidité inclure les espèces d'animaux qui ne peuvent vivre que dans des conditions de forte humidité (par exemple, cloportes, vers de terre , amphibiens). Contrairement à eux, espèce qui aime la sécheresse (scarabée sacré, vue sur le désert serpent Et lézards etc.) sont capables de retenir efficacement l’eau dans leur corps. Cela leur donne la possibilité de vivre dans des steppes arides et des déserts. De nombreuses espèces animales sont classées comme résistant à la sécheresse : ils sont capables de survivre à certaines périodes de sécheresse (de nombreuses espèces Joukov, reptiles, mammifères et etc.).
Pour les animaux vivant dans Environnement aquatique, important composition saline de l'eau. Certaines espèces de protozoaires, de crustacés et de poissons ne peuvent vivre que dans les plans d'eau douce, d'autres uniquement dans les mers. Matériel du site
Animaux survivant à de longues périodes de conditions défavorables. Les animaux vivent des périodes de conditions défavorables de différentes manières. Par exemple, en hiver, certaines espèces d'animaux hibernent ( ours brun, hérisson, blaireau, etc.). Cela leur permet de réduire les dépenses énergétiques en cas de pénurie alimentaire. Chez les habitants du désert, l'hibernation peut avoir lieu en été, pendant la période sèche. Les animaux unicellulaires subissent des conditions défavorables au stade du kyste. De nombreux invertébrés survivent à des conditions défavorables au stade de l'œuf (parmi les crustacés - boucliers, de nombreux insectes).
Parmi facteurs inanimés La plus grande influence sur les animaux est exercée par :
- lumière;
- température;
- humidité;
- composition saline de l'eau.
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Changement de saisons dans zone tempérée implique changements importants dans la vie de la nature, associée principalement aux changements de température. Les adaptations des plantes et des animaux associées aux changements des conditions extérieures ont formes différentes et manifestations : les mammifères ont un sous-poil épais, oiseaux migrateurs changent d'habitat, d'autres oiseaux se couvrent de duvet, mauvais conducteur de chaleur et protégeant les animaux de l'hypothermie en hiver.
Préparer l'hiver
Au milieu de l'été, la croissance de nombreuses espèces végétales s'arrête, le nombre de plantes à fleurs diminue et la reproduction des oiseaux prend fin. La maturation des fruits et des graines commence ; La préparation pour l'hiver devient plus visible.
Les plantes accumulent des réserves de nutriments dans les organes hivernants : racines, rhizomes, bulbes, tubercules.
Chez les insectes, la graisse s'accumule dans des organes spéciaux - les corps adipeux. La graisse se dépose également dans le tissu sous-cutané de nombreux mammifères. En automne, les oiseaux et les mammifères muent. Les feuilles tombent des arbres et des buissons.
État de repos profond
De nombreuses espèces d’organismes ont acquis la capacité de survivre à des conditions défavorables (températures élevées ou très basses, diminution de l’humidité, manque de nourriture, etc.) dans un état de repos profond. Elle se caractérise par une diminution des processus physiologiques, un ralentissement des échanges gazeux, un arrêt de la nutrition et une immobilité chez les animaux.
La température qui provoque cette condition varie selon les espèces. Chez certains insectes, poissons et amphibiens, le repos profond se produit déjà lorsque la température descend à +15°C, chez d'autres - à +10°C, chez d'autres - seulement à une température proche de O°C.
Chez différentes espèces végétales, différents organes connaissent une dormance hivernale. Les plantes bulbeuses ont des bulbes, les fougères et plusieurs autres ont des rhizomes, les pois de senteur ont des tubercules souterrains, les chardons ont des rosettes de feuilles pressées au sol et la plupart des plantes ont des graines.
Les animaux invertébrés peuvent hiverner à différents stades de développement. Ainsi, le moustique commun du paludisme est au stade d'insecte adulte, le moustique printanier est au stade larvaire, le moustique creux est au stade œuf et le papillon du chou est au stade pupe.
Durant l'automne et l'hiver, les plantes et les insectes s'habituent davantage au froid et leur résistance au froid basses températures. C'est ce qu'on appelle le durcissement.
Anabiose des animaux et des plantes
Les organismes en état d’animation suspendue sont particulièrement résistants aux conditions défavorables. Dans l'animation suspendue, les processus vitaux sont temporairement arrêtés ou tellement réduits qu'il n'y a aucune manifestation visible de la vie.
Chez les plantes à fleurs, l’état d’animation suspendue fait partie du cycle de vie normal. Les graines séchées restent viables pendant de nombreuses années. Chez un certain nombre d'invertébrés (protozoaires, crustacés inférieurs, rotifères), l'animation suspendue se produit lorsque les flaques d'eau et les marécages dans lesquels ils vivent se dessèchent.
D'autres invertébrés entrent en animation suspendue lorsqu'ils sont gelés. Les protozoaires et certains arthropodes (daphnies, cyclopes, insectes) peuvent geler et se transformer en glace.
Dans des expériences spécialement conçues, les chenilles des papillons ont survécu au gel à une température de -7,9°C et les vers ronds à -183°C. Les spores de mousses, de fougères et de graines de céréales, après séchage, ont été soumises à une température de -272°C et ont conservé leur germination.
Il a été établi qu'un retour à la vie active à partir d'un état d'animation suspendue n'est possible que lorsque le fluide tissulaire ne forme pas de cristaux, mais reste dans un état de surfusion. Cela est dû au fait que du glycérol se forme dans les tissus, ce qui empêche le gel.
Physiologie de l'hibernation
La diminution du taux métabolique constatée chez les mammifères se manifeste sous forme d’hibernation. Les raisons de son apparition sont une diminution de la température, ainsi qu'un manque de nourriture aussi bien en hiver qu'en été, lorsque la végétation de la steppe et du désert brûle à cause de la chaleur.
Les hamsters, les tamias, les chauves-souris, les hérissons et certains types d'écureuils terrestres entrent en hibernation. hibernation Chez d'autres espèces d'écureuils terrestres, on observe estivation, généralement pendant la moitié sèche de l’été. Pendant l'hibernation, la thermorégulation active diminue, la température corporelle chute presque jusqu'à la température ambiante et toutes les fonctions ralentissent. Rythme cardiaque chauves-souris, par exemple, passe de 420 à 16 par minute.
Certains mammifères - ours, blaireaux, chiens viverrins, écureuils - entrent dans le sommeil hivernal, au cours duquel le métabolisme diminue également de manière significative, mais il n'y a pas de baisse de la température corporelle.
Appareils spéciaux
Pour compléter leur cycle de vie, certaines plantes, insectes et plusieurs autres organismes ont besoin d’être refroidis et de passer par des phases de dormance hivernale. À cette époque, certains processus physiologiques se déroulent qui préparent le corps à de nouvelles activités de vie active.
Mère Nature a un caractère très têtu. Elle essaie toujours de vaincre les conditions difficiles créées par les forces infatigables de notre planète, et c'est dans des conditions aussi extrêmes que l'ingéniosité du monde naturel peut être vue dans toute sa splendeur. Dans un nombre écrasant de cas, la nature semble plus intelligente que n'importe quel scientifique et invente des moyens de survie qui peuvent servir de source d'inspiration au désir de l'homme de vaincre toutes les conditions difficiles. Vous trouverez ci-dessous dix exemples d’adaptations animales étonnantes à des températures extrêmes et à d’autres conditions défavorables :
10. Poisson arctique
Les poissons sont des organismes poïkilothermes, ou simplement des animaux à sang froid, ce qui signifie que plus la température de leur environnement est basse, plus il leur est difficile de maintenir leurs fonctions métaboliques. De plus, à mesure que la température diminue, des cristaux de glace se forment dans les cellules de leur corps et ainsi l'animal peut subir des dommages irréparables, qui finiront par conduire à sa mort. Cependant, même si les poissons arctiques n'ont pas le luxe de générer leur propre chaleur comme le corps des phoques et autres mammifères marins qui vivent dans la même eau glacée, ils semblent prospérer, et la façon dont ils y parviennent a longtemps intrigué les scientifiques.
Une explication a été trouvée dans dernières années, lorsqu'on a découvert une protéine antigel qui empêche la formation de cristaux de glace dans leur sang. Cependant, le fonctionnement exact de cette protéine n’a été découvert qu’il y a trois ans dans une étude menée par Volkswagen (oui, le constructeur automobile). La protéine empêche la formation de glace dans les molécules qui l'entourent, et permet ainsi aux cellules de poursuivre leur activité. cycle de vie. Ce phénomène est obtenu grâce au fait que la protéine ralentit les molécules d'eau, qui sont généralement dans un état de mouvements continus semblables à ceux d'une danse. Cela empêche les liaisons nécessaires à la formation de la glace de se former et de se briser. Une protéine similaire a été trouvée chez plusieurs espèces de coléoptères vivant à haute altitude ou à proximité du cercle polaire arctique.
9. Geler pour survivre
Les poissons de l'Arctique évitent de geler, mais d'autres animaux ont évolué pour geler complètement afin de survivre à la saison froide. Aussi paradoxal que cela puisse paraître, plusieurs espèces de grenouilles et de tortues gèlent presque complètement et passent tout l'hiver dans cet état. Ce qui est curieux, c'est qu'ils gèlent à l'état solide, et si vous jetez une grenouille aussi gelée mais vivante contre une fenêtre, elle se brisera instantanément, comme si elle était frappée par un morceau de glace. Puis les grenouilles miraculeusement dégeler pour revenir à un état vivant au printemps. Cette remarquable technique de survie hivernale est due au fait que l'urée et le glucose (qui proviennent de la conversion du glycogène dans le foie avant la congélation) limitent la quantité de glace et réduisent le rétrécissement osmotique des cellules qui autrement entraînerait la mort des animaux. l'animal. Autrement dit, le sucre permet à la grenouille de survivre. Leur résilience a cependant une limite : bien qu’ils paraissent complètement solides une fois gelés, les animaux risquent de ne pas survivre si plus de 65 % de leur eau corporelle gèle.
8. Chaleur chimique
Nous sommes toujours dans le monde des animaux à sang froid. La plupart d’entre nous ont appris en cours de physique que plus un objet est petit, plus il lui est difficile de retenir la chaleur. De plus, nous savons que les animaux à sang froid ont tendance à être plutôt léthargiques et capables de ne produire que de courtes poussées d’énergie. Cependant, les insectes, bien qu'ils soient des créatures poïkilothermes, sont très actifs et obtiennent leur énergie en générant de la chaleur corporelle par des moyens chimiques et mécaniques, généralement par des mouvements musculaires rapides et constants. On peut faire un parallèle entre les insectes et le réchauffement d’un moteur diesel en hiver avant de le démarrer. Ils le font non seulement pour générer l'énergie nécessaire au maintien du vol, mais aussi pour se protéger du froid en hiver, par exemple, les abeilles se blottissent et frissonnent pour éviter de geler.
7. Enkystement
Les protozoaires, les bactéries et les spores, ainsi que certains nématodes, utilisent l'enkystement (qui est l'entrée dans un état d'animation suspendue et la séparation d'avec monde extérieur utilisant une paroi cellulaire dure) pour résister à des conditions défavorables pendant de longues périodes. De très longues périodes.
En fait, c'est précisément pourquoi l'enkystation est l'une des réalisations les plus remarquables du monde naturel : les scientifiques ont pu redonner vie à des bactéries et des spores vieilles de plusieurs millions d'années - dont la plus ancienne avait environ 250 millions d'années (oui, plus vieux que les dinosaures). L'enkystement pourrait bien être le seul moyen par lequel Park jurassique pourrait devenir une réalité. D’un autre côté, imaginez ce qui se passerait si les scientifiques ressuscitaient le virus à l’origine de la maladie. corps humain pas de protection...
6. Radiateurs naturels
Garder les choses au frais est un défi dans les régions tropicales, en particulier avec des animaux plus gros ou plus énergiques. Les radiateurs naturels sont méthode efficace abaisser la température corporelle : par exemple, les oreilles des éléphants et des lapins sont remplies de vaisseaux sanguins et aident les animaux à refroidir leur corps sous l'effet de la chaleur. Les lapins arctiques ont des oreilles beaucoup plus petites, tout comme les mammouths laineux ; la nature a fait en sorte que leurs oreilles soient petites pour les protéger du froid. Des radiateurs ont également été trouvés dans le monde préhistorique, chez des animaux comme Dimetrodon, qui vivait dans Période permienne ou, selon certains scientifiques, chez les dinosaures appartenant à la famille des stégosaures, dont les plaques étaient saturées de vaisseaux pour faciliter les échanges thermiques.
5. Mégathermie
Trop grande taille peut être un inconvénient pour les créatures vivant dans les zones tropicales, car elles ont constamment besoin d'abaisser leur température corporelle. Cependant, dans les eaux froides, les grandes créatures à sang froid peuvent prospérer et être très énergiques. Une condition préalable à cela est la taille : la mégathermie est la capacité de générer de la chaleur à partir de la masse corporelle, un phénomène observé chez la tortue luth. tortues de mer(les plus grandes tortues du monde), ou chez les grands requins comme le grand requin blanc ou requin mako. Cette augmentation de la température corporelle permet à ces créatures d'être assez énergiques dans les eaux froides. En fait, les tortues luth sont les reptiles les plus rapides de la Terre, capables d'atteindre des vitesses allant jusqu'à 32 kilomètres par heure en une courte rafale.
4. Modifications des propriétés du sang
Afin de survivre dans des conditions extrêmes, certains animaux ont développé différents types de composition sanguine : par exemple le cachalot et l'oie à tête barrée d'Asie. Ces deux espèces ont l’étrange capacité de stocker beaucoup plus d’oxygène dans leurs cellules sanguines que les autres animaux. Cependant, ils en ont besoin pour diverses raisons : le cachalot doit retenir sa respiration pendant longtemps car il plonge dans plus grande profondeurà la recherche de nourriture. L'oie à tête barrée doit maintenir un vol vigoureux au-dessus de la chaîne de montagnes himalayenne et, aux altitudes auxquelles elle vole, il y a très peu d'oxygène dans l'air.
3. Adaptation respiratoire
Dans les régions tropicales et équatoriales, le changement des saisons peut entraîner des catastrophes pour de nombreux animaux. La saison des pluies peut être synonyme d'inondations fréquentes au cours desquelles de nombreux animaux terrestres perdent la vie, tandis que la saison sèche est synonyme d'un manque d'eau, ce qui est naturellement mauvais pour tout le monde. Parmi les animaux pour lesquels la nature s’est donné beaucoup de mal pour assurer leur survie figurent les poissons qui respirent de l’air. Beaucoup d'entre nous ont entendu parler poisson-poumon, appartenant au super-ordre des poissons-poumons, qui crée un sac muqueux pour se protéger de la sécheresse, mais certaines espèces de poissons-chats et d'anguilles non seulement respirent de l'air, mais sont également capables de voyager sur terre entre les plans d'eau. Ces poissons sont capables d'obtenir l'oxygène de l'air non pas par leurs poumons ou leurs branchies, mais par l'utilisation de zones spéciales de leurs intestins.
2. La vie en enfer
Depuis leur découverte, les sources hydrothermales ont réfuté de nombreuses théories avancées par les scientifiques concernant la vie sous-marine. la vie marine. La température de l'eau entourant ces évents dépasse le point d'ébullition, mais la simple pression de l'eau à ces profondeurs empêche l'apparition de bulles. Les sources hydrothermales libèrent constamment du sulfure d’hydrogène, qui est hautement toxique pour la plupart des formes de vie. Cependant, ces enfers sont souvent entourés de colonies de divers organismes naturels, dont la plupart prospèrent apparemment dans un monde toxique et sans soleil. Ces créatures ont été capables de faire face au manque de soleil (que nous savons essentiel pour la plupart des formes de vie car il déclenche la synthèse de la vitamine D) et à des températures incroyablement élevées. Étant donné que de nombreuses créatures des grands fonds qui vivent autour des évents sont assez primitives du point de vue de l'évolution, les scientifiques tentent désormais de déterminer si ces évents sont à l'origine réelle de la vie, apparue il y a environ 3,5 milliards d'années.
1. Colonisation courageuse
Il convient de noter que cet élément de notre liste n'a toujours pas d'explication scientifique approfondie : une espèce de perroquet endémique du Nicaragua, l'aratinga holochlora mexicain, niche dans le cratère du volcan Masaya. La partie difficile à expliquer est que le cratère libère constamment des gaz de dioxyde de soufre, qui sont assez mortels. Comment ces perroquets peuvent-ils nicher dans un environnement qui peut facilement tuer des personnes et d'autres animaux en quelques minutes reste un mystère pour les scientifiques, ce qui prouve que Mère Nature, dans sa détermination à conquérir l'espace, n'a peur d'aucun obstacle. Alors que la faune vivant à proximité des cheminées des grands fonds a eu des millions d'années d'évolution pour s'adapter à la vie dans de telles conditions, les perroquets verts du cratère Masaya n'ont commencé à adopter ce mode de vie que récemment en termes d'évolution. En étudiant ces espèces intrépides, les humains peuvent mieux comprendre comment fonctionne la merveille de l’univers qu’est l’évolution, tout comme Charles Darwin a observé les pinsons des îles Galapagos lors de son voyage à bord du Beagle.
Adaptation– il s’agit de l’adaptation de l’organisme aux conditions environnementales grâce à un ensemble de caractéristiques morphologiques, physiologiques et comportementales.
Différents organismes s'adaptent à différentes conditions environnementales et, par conséquent, aiment l'humidité. hydrophytes et "porteurs secs" - xérophytes(Fig.6); plantes de sols salins – halophytes; plantes tolérantes à l'ombre ( sciophytes), et exigeant pour développement normal plein soleil ( héliophytes); les animaux qui vivent dans les déserts, les steppes, les forêts ou les marécages sont nocturnes ou diurnes. Les groupes d'espèces ayant une relation similaire avec les conditions environnementales (c'est-à-dire vivant dans les mêmes écotopes) sont appelés groupes environnementaux.
La capacité des plantes et des animaux à s’adapter à des conditions défavorables diffère. Du fait que les animaux sont mobiles, leurs adaptations sont plus diverses que celles des plantes. Les animaux peuvent :
– éviter les conditions défavorables (les oiseaux volent vers le climats plus chauds, cerfs et autres ongulés errent à la recherche de nourriture, etc.) ;
– tomber en animation suspendue – un état temporaire dans lequel les processus vitaux sont si lents que leurs manifestations visibles sont presque totalement absentes (engourdissement des insectes, hibernation des vertébrés, etc.) ;
– s'adapter à la vie dans des conditions défavorables (ils sont sauvés du gel par leur fourrure et leur graisse sous-cutanée, les animaux du désert ont des adaptations pour une utilisation économique de l'eau et du refroidissement, etc.). (Fig.7).
Les plantes sont inactives et mènent une vie attachée. Par conséquent, seules les deux dernières options d’adaptation leur sont possibles. Ainsi, les plantes se caractérisent par une diminution de l'intensité des processus vitaux lors des périodes défavorables : elles perdent leurs feuilles, hivernent sous forme d'organes dormants enfouis dans le sol - bulbes, rhizomes, tubercules, et restent à l'état de graines et de spores. dans le sol. Chez les bryophytes, la plante entière a la capacité de subir une anabiose, qui peut survivre plusieurs années à l'état sec.
La résistance des plantes aux facteurs défavorables augmente en raison de mécanismes physiologiques particuliers : modifications de la pression osmotique dans les cellules, régulation de l'intensité de l'évaporation à l'aide des stomates, utilisation de membranes « filtrantes » pour l'absorption sélective des substances, etc.
Les adaptations dans différents organismes sont développées avec à des vitesses différentes. Ils apparaissent plus rapidement chez les insectes qui, en 10 à 20 générations, peuvent s'adapter à l'action d'un nouvel insecticide, ce qui explique l'échec du contrôle chimique de la densité des populations d'insectes nuisibles. Le processus de développement des adaptations chez les plantes ou les oiseaux se déroule lentement, au fil des siècles.
Les changements observés dans le comportement des organismes sont généralement associés à des caractéristiques cachées qu'ils avaient pour ainsi dire « en réserve », mais sous l'influence de nouveaux facteurs, ils sont apparus et ont accru la stabilité de l'espèce. Ces caractéristiques cachées expliquent la résistance de certaines espèces d'arbres à la pollution industrielle (peuplier, mélèze, saule) et de certaines espèces de mauvaises herbes aux herbicides.
Le même groupe écologique comprend souvent des organismes qui ne sont pas semblables les uns aux autres. Cela est dû au fait que différents types d’organismes peuvent s’adapter différemment au même facteur environnemental.
Par exemple, ils vivent le froid différemment à sang chaud(elles sont appelées endothermique, des mots grecs endon - intérieur et terme - chaleur) et à sang froid (ectothermique, du grec ektos - extérieur) organismes. (Fig.8.)
La température corporelle des organismes endothermiques ne dépend pas de la température ambiante et est toujours plus ou moins constante, ses fluctuations ne dépassent pas 2 à 4 o même au plus fortes gelées et la chaleur la plus intense. Ces animaux (oiseaux et mammifères) maintiennent la température corporelle grâce à une génération de chaleur interne basée sur un métabolisme intensif. Ils conservent la chaleur de leur corps grâce à des « manteaux » chauds faits de plumes, de laine, etc.
Les adaptations physiologiques et morphologiques sont complétées par des comportements adaptatifs (choix d'endroits abrités pour passer la nuit, construction de terriers et de nids, nuitées en groupe avec des rongeurs, groupes rapprochés de manchots se gardant au chaud, etc.). Si la température ambiante est très élevée, les organismes endothermiques sont refroidis grâce à des dispositifs spéciaux, par exemple par évaporation de l'humidité de la surface des muqueuses de la cavité buccale et des voies respiratoires supérieures. (Pour cette raison, par temps chaud, la respiration du chien s’accélère et il tire la langue.)
La température corporelle et la mobilité des animaux ectothermiques dépendent de la température ambiante. Par temps frais, les insectes et les lézards deviennent léthargiques et inactifs. De nombreuses espèces d'animaux ont la capacité de choisir un endroit offrant des conditions favorables de température, d'humidité et d'ensoleillement (les lézards se prélassent sur des dalles rocheuses éclairées).
Cependant, l'ectothermisme absolu n'est observé que chez de très petits organismes. La plupart des organismes à sang froid sont encore capables d'une faible régulation de la température corporelle. Par exemple, chez les insectes volants activement - papillons, bourdons, la température corporelle est maintenue entre 36 et 40 °C, même à des températures de l'air inférieures à 10 °C.
De même, les espèces d’un même groupe écologique chez les plantes diffèrent par leur apparence. Ils peuvent également s'adapter aux mêmes conditions environnementales différentes façons. Ainsi, différents types de xérophytes économisent l'eau de différentes manières : certains ont des membranes cellulaires épaisses, d'autres ont une pubescence ou une couche cireuse sur les feuilles. Certains xérophytes (par exemple de la famille des Lamiacées) émettent des vapeurs d'huiles essentielles qui les enveloppent comme une « couverture », ce qui réduit l'évaporation. Système racinaire chez certains xérophytes, il est puissant, pénètre dans le sol jusqu'à plusieurs mètres de profondeur et atteint le niveau de la nappe phréatique (épine de chameau), chez d'autres il est superficiel, mais très ramifié, ce qui lui permet de collecter les eaux de précipitation.
Parmi les xérophytes, on trouve des arbustes à très petites feuilles dures qui peuvent tomber pendant la période la plus sèche de l'année (arbuste caragana de la steppe, arbustes du désert), des graminées à gazon à feuilles étroites (herbe à plumes, fétuque), succulentes(du latin succulentus - succulent). Les plantes succulentes ont des feuilles ou des tiges succulentes qui stockent l’eau et sont facilement tolérées. hautes températures air. Les plantes succulentes comprennent les cactus américains et le saxaul, qui poussent dans les déserts d'Asie centrale. Ils ont un type particulier de photosynthèse : les stomates s'ouvrent brièvement et seulement la nuit ; pendant ces heures fraîches, les plantes stockent du dioxyde de carbone et pendant la journée elles l'utilisent pour la photosynthèse avec les stomates fermés. (Fig.9.)
Une variété d'adaptations à la survie dans des conditions défavorables sur des sols salins est également observée chez les halophytes. Parmi elles, il y a des plantes capables d'accumuler des sels dans leur corps (allée, rutabaga, sarsazan), sécrétant un excès de sels à la surface des feuilles avec des glandes spéciales (kermek, tamarix), « ne permettant pas » aux sels de pénétrer dans leurs tissus en raison de la « barrière racinaire » imperméable aux sels » (absinthe). Dans ce dernier cas, les plantes doivent se contenter d’une petite quantité d’eau et elles ont l’apparence de xérophytes.
Pour cette raison, il ne faut pas s'étonner que, dans les mêmes conditions, il existe des plantes et des animaux différents les uns des autres, qui se sont adaptés à ces conditions de différentes manières.
1. Qu’est-ce que l’adaptation ?
2. Comment les animaux et les plantes peuvent-ils s'adapter à des conditions environnementales défavorables ?
2. Donnez des exemples groupes environnementaux plantes et animaux.
3. Parlez-nous des différentes adaptations des organismes pour survivre aux mêmes conditions environnementales défavorables.
4. Quelle est la différence entre les adaptations aux basses températures chez les animaux endothermiques et ectothermiques ?
