Načini doživljavanja nepovoljnih uvjeta od strane živih organizama (zimovanje, hibernacija, suspendirana animacija, migracija, itd.)
Odjeljci: Biologija
Ciljevi: povećati područja znanja učenika; naučiti analizirati fenomen privremenog prestanka vitalne aktivnosti u živim organizmima, koristeći ga kao sredstvo za prilagodbu i preživljavanje u nepovoljnim uvjetima.
Oprema: tablice mekušaca, rakova, kukaca, riba, vodozemaca, gmazova, ptica, sisavaca.
Zimska sezona je nepovoljna za mnoge predstavnike životinjskog i biljnog svijeta, kako zbog niskih temperatura, tako i zbog oštrog smanjenja mogućnosti dobivanja hrane. Tijekom evolucijskog razvoja mnoge vrste životinja i biljaka stekle su osebujne adaptivne mehanizme kako bi preživjele u nepovoljnom godišnjem dobu. Kod nekih vrsta životinja nastao je i ustalio se instinkt stvaranja zaliha hrane; drugi su razvili drugu prilagodbu – migraciju. Poznati su izrazito dugi letovi mnogih vrsta ptica, seobe nekih vrsta riba i drugih predstavnika životinjskog svijeta. Međutim, u procesu evolucije kod mnogih vrsta životinja uočen je još jedan savršeni fiziološki mehanizam prilagodbe – sposobnost zapadanja u na prvi pogled beživotno stanje, koje se različito manifestira kod različitih vrsta životinja i ima različite nazive (anabioza, hipotermija i sl.). U međuvremenu, sva ova stanja karakteriziraju inhibicija vitalnih funkcija tijela na minimum koji mu omogućuje da preživi nepovoljne zimske uvjete bez prehrane. Takvo stanje umišljene smrti zapada kod onih vrsta životinja koje zimi nisu u stanju same sebi osigurati hranu i za njih postoji opasnost od smrti od hladnoće i gladi. I sve to, razvijeno u procesu evolucije, podliježe strogoj prirodnoj svrhovitosti - potrebi očuvanja vrste.
Hibernacija je vrlo raširena pojava u prirodi, unatoč tome što se kod predstavnika pojedinih skupina životinja manifestira različito, bilo da se radi o životinjama s promjenjivom tjelesnom temperaturom (poikilotermnima), koje nazivamo i hladnokrvnima, kod kojih tjelesna temperatura ovisi o temperaturi okoline, ili životinjama s konstantnom tjelesnom temperaturom (homeotermima), koje nazivamo i toplokrvnjacima.
Od životinja s nestabilnom tjelesnom temperaturom u stanje hibernacije padaju razne vrste mekušaca, rakova, paukova, kukaca, riba, vodozemaca i gmazova, a od životinja s konstantnom tjelesnom temperaturom nekoliko vrsta ptica i mnoge vrste sisavaca.
Kako puževi spavaju zimski san?
Od tipa mekog tijela do zimski san mnoge vrste puževa dreniraju (na primjer, svi kopneni puževi). Susreteni vrtni puževi hiberniraju u listopadu, a to traje do početka travnja. Nakon dugog pripremnog razdoblja, tijekom kojeg akumuliraju u svom tijelu potrebne hranjivim tvarima, puževi pronalaze ili kopaju jazbine kako bi nekoliko jedinki moglo prezimiti zajedno duboko pod zemljom, gdje će se temperatura održavati na 7 - 8 °C. Nakon što su kune dobro začepili, puževi se spuštaju na dno i leže s otvaranjem ljuske. Zatim zatvore tu rupu, oslobađajući sluzavu tvar koja se ubrzo stvrdne i postane elastična (poput filma). Kod značajnog zahlađenja i nedostatka hranjivih tvari u tijelu, puževi se još dublje ubušuju u tlo i stvaraju još jedan film te tako stvaraju zračne komore koje imaju ulogu odličnog izolatora. Utvrđeno je da tijekom dugog zimovanja puževi gube više od 20% svoje težine, a najveći gubitak se događa u prvih 25-30 dana. To je zbog činjenice da svi metabolički procesi postupno blijede kako bi dosegli minimum pri kojem životinja pada gotovo u stanje zaustavljene animacije s jedva primjetnim vitalnim funkcijama. Tijekom hibernacije, puž se ne hrani, disanje gotovo prestaje. U proljeće, kad je prvi toplih dana a temperatura tla dosegne 8-10°C, kada se počne razvijati vegetacija i padnu prve kiše, puževi ispužu iz svojih zimskih skloništa. Tada počinje intenzivna aktivnost obnavljanja iscrpljenih zaliha hrane u tijelu; to se izražava u apsorpciji ogromne količine hrane u usporedbi s njihovim tijelom.
Vodeni puževi, ribnjaci, također padaju u stanje hibernacije - većina ih se ukopava u mulj na dnu rezervoara u kojem žive.
Gdje rakovi spavaju zimski san?
Svima je poznata prijetnja popularna u narodu: "Pokazat ću ti gdje rakovi hiberniraju!". Vjeruje se da je ova poslovica nastala u vrijeme kmetstva, kada su vlastelini, kažnjavajući krive kmetove, tjerali ih da zimi love rakove. U međuvremenu, poznato je da je to gotovo nemoguće, jer rakovi prezimljuju, duboko zakopani u rupama na dnu rezervoara.
Sa stajališta taksonomije, razred rakova se dijeli na dva podrazreda - više i niže rakove.
Od viših rakova riječni, močvarni i jezerski rakovi padaju u stanje hibernacije. Mužjaci hiberniraju u skupinama u dubokim jamama na dnu, a ženke same u mincima, au studenom na svoje kratke noge lijepe oplođena jaja iz kojih se tek u lipnju izlegu rakovi veličine mrava.
Od nižih rakova interesantne su vodene buhe (rod Daphnia). Polažu, ovisno o uvjetima, dvije vrste jaja - ljetna i zimska. Zimska jaja imaju čvrstu ljusku i nastaju u nepovoljnim životnim uvjetima. Za neke vrste nižih rakova dolazi do sušenja, pa čak i smrzavanja jaja nužan uvjet da nastave svoj razvoj.
Dijapauza kod insekata
Po broju vrsta kukci nadmašuju sve ostale klase. Njihova tjelesna temperatura ovisi o okoliš, što snažno utječe na brzinu vitalnih utjecaja, a niske temperature tu brzinu znatno smanjuju. Na negativnim temperaturama cijeli razvoj kukca usporava ili praktički prestaje. Ovo anabiotičko stanje, poznato kao "dijapauza", je reverzibilni zastoj razvojnih procesa i uzrokovano je vanjskim čimbenicima. Dijapauza se javlja kada su uvjeti nepovoljni za život i nastavlja se tijekom cijele zime, sve dok uvjeti ne postanu povoljniji s početkom proljeća.
Početak zimske sezone različiti tipovi kukci u različitim stadijima razvoja, u kojima hiberniraju - u obliku jaja, ličinki, kukuljica ili odraslih oblika, ali obično svaka pojedina vrsta u određenom stadiju svog razvoja zapadne u dijapauzu. Tako, na primjer, sedam točaka bubamara prezimi kao odrasla osoba.
Karakteristično je da zimovanju insekata prethodi određena fiziološka priprema njihovog tijela, koja se sastoji od nakupljanja slobodnog glicerola u njihovim tkivima, što ne dopušta smrzavanje. To se događa u fazi razvoja kukca u kojem će prezimiti.
Čak i s pojavom prvih znakova zahlađenja u jesen, insekti pronalaze udobna skloništa (ispod kamenja, ispod kore drveća, ispod otpalog lišća u jazbinama u tlu itd.), Gdje je nakon snijega temperatura umjereno niska i ujednačena.
Trajanje dijapauze kod insekata izravno je povezano sa zalihama masti u tijelu. Pčele ne padaju u dugu dijapauzu, ali još uvijek na temperaturi od 0 do 6 °C postaju utrnute i mogu ostati u tom stanju 7-8 dana. Na nižim temperaturama umiru.
Zanimljivo je i kako kukci točno određuju trenutak kada trebaju izaći iz anabiotskog stanja. Znanstvenik N.I. Kalabukhov je proučavao anabiozu kod nekih vrsta leptira. Otkrio je da trajanje dijapauze varira od vrste do vrste. Na primjer, leptir paun bio je u mirovanju 166 dana na temperaturi od 5,9 °C, dok je svilnoj bubi bilo potrebno 193 dana na temperaturi od 8,6 °C. Prema znanstvenici, čak i razlike u geografskom području utječu na trajanje dijapauze.
Spavaju li ribe zimski san?
Neke se vrste velikog razreda riba na neobičan način prilagođavaju niskim temperaturama vode zimi. Normalna tjelesna temperatura riba nije konstantna i odgovara temperaturi vode. S naglim oštrim 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 oživi tek kad joj krvne žile nisu zamrznute.
Izvorno prilagođene niskim temperaturama vode zimi, neke ribe koje žive u arktičkim vodama: mijenjaju sastav krvi. S padom temperature vode u jesen, soli se nakupljaju u njihovoj krvi u takvoj koncentraciji koja je karakteristična za morsku vodu, a krv se pritom teško smrzava (neka vrsta antifriza).
Iz slatkovodne ribe još u studenom šaran, šraf, smuđ, som i drugi padaju u zimski san. Kada temperatura vode padne ispod 8 - 10°C, ove se ribe sele u dublje dijelove akumulacija, u velikim skupinama se ukopavaju u mulj i tamo ostaju u stanju hibernacije tijekom cijele zime.
Neki morska riba također toleriraju jaku hladnoću u stanju hibernacije. Tako se, primjerice, haringe već u jesen približavaju obali Arktičkog oceana kako bi pale u stanje zimskog sna na dnu nekog malog zaljeva. 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 razdoblja migrira u Crno more, gdje se okuplja u skupinama u relativno sjedilačkom stanju.
Hibernacija u ribama karakterizira njihova izuzetno ograničena aktivnost, potpuni prestanak hranjenja i naglo smanjenje metabolizma. U ovom trenutku njihovo tijelo je podržano rezervama hranjivih tvari nakupljenih zbog obilne prehrane u jesen.
hibernacija vodozemaca
Po načinu života i građi klasa vodozemaca je prijelazna između tipičnih vodenih kralješnjaka i tipično kopnenih životinja. Poznato je da različite vrstežabe, tritoni, daždevnjaci također provode nepovoljnu zimsku sezonu u stanju stupora, jer su to životinje s nestabilnom tjelesnom temperaturom, koja ovisi o temperaturi okoline.
Utvrđeno je da zimski san žaba traje od 130 do 230 dana, a njegovo trajanje ovisi o trajanju zime.
U akumulacijama, kako bi prezimile, žabe se okupljaju u skupine od 10-20 jedinki, ukopavaju se u mulj, u podvodne depresije i druge praznine. Tijekom hibernacije žabe dišu samo kroz kožu.
Zimi se tritoni obično ugnijezde pod toplim, trulim panjevima i deblima srušenog drveća. Ako u blizini ne nađu takve prikladne "stanove", zadovoljavaju se pukotinama u tlu.
Gmazovi također spavaju zimski san
Iz razreda gmazova gotovo sve vrste naše faune zimi padaju u stanje hibernacije. Niska zimske temperature je glavni razlog ove pojave.
Zimovnici su obično podzemne pećine ili praznine formirane oko velikih starih panjeva s trulim korijenjem, pukotina u stijenama i drugih mjesta koja nisu dostupna njihovim neprijateljima. U takvim skloništima okuplja se velik broj zmija koje tvore goleme kolutove zmija. Utvrđeno je da se temperatura zmija tijekom hibernacije gotovo ne razlikuje od temperature okoline.
Većina vrsta guštera (livadni, prugasti, zeleni, šumski, vretenasti) također spavaju zimski san, ukopavajući se u tlo, u jazbine kojima ne prijeti poplava. U toplim, sunčanim danima zimi, gušteri se mogu "probuditi" i ispuzati iz svojih zimskih skloništa na nekoliko sati u lov, nakon čega se opet skrivaju u svojim jazbinama, padajući u stanje tromosti.
Močvarske kornjače zimu provode ukopavajući se u mulj rezervoara u kojima žive, dok se kopnene kornjače penju na dubinu od 0,5 m u tlo u neka prirodna skloništa ili rupe od krtica, lisica, glodavaca, pokrivajući se tresetom, mahovinom i mokrim lišćem.
Priprema za zimovanje počinje u listopadu, kada kornjače nakupljaju mast. U proljeće, s privremenim zagrijavanjem, bude se, ponekad i cijeli tjedan.
Postoje li ptice koje zimi spavaju zimski san?
Većina životinja s nestabilnom tjelesnom temperaturom, koja ovisi o okolišu, pada u stanje hibernacije. No, iznenađujuće, mnoge životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom, poput ptica, također mogu spavati zimski san tijekom nepovoljnih godišnjih doba. Poznato je da većina ptica selidbom izbjegava nepovoljne zimske uvjete. Čak je i Aristotel u svojoj višetomnoj Povijesti životinja skrenuo pozornost na činjenicu da “neke ptice odlete provesti zimu u tople zemlje, dok se drugi sklanjaju u razna skloništa, gdje padaju u zimski san.”
Do tog je zaključka došao i veliki švedski prirodoslovac Karl Linnaeus, koji je u svom djelu “Sustav prirode” napisao: “U jesen, kada počnu hladnoće, lastavice, ne nalazeći dovoljno insekata za hranu, počinju tražiti sklonište za zimovanje u tršćacima uz obale jezera i rijeka.”
Torpor u koji padaju neke vrste ptica sasvim 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 sisavci padaju u zimski san, nakon što su se znatno udebljali, ptice znatno gube na težini prije stupora. Zato fenomen torpora kod ptica, prema sovjetskom biologu R. Potapovu, treba nazvati ne hibernacijom, već hipotermijom.
Do sada mehanizam hipotermije kod ptica nije u potpunosti shvaćen. Pad ptica u stanje stupora pod nepovoljnim životnim uvjetima adaptivna je fiziološka reakcija koja je fiksirana u procesu evolucije.
Koji sisavci spavaju zimski san zimi?
Kao i kod životinja o kojima smo ranije govorili, tako je i kod sisavaca hibernacija biološka prilagodba za preživljavanje nepovoljnog godišnjeg doba. Iako životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom obično podnose hladnu klimu, nedostatak prikladne hrane zimi doveo je do toga da su neke od njih tijekom evolucije stekle i postupno učvrstile taj neobičan instinkt - da nepovoljnu zimsku sezonu provedu u neaktivnom stanju hibernacije.
Postoje tri vrste hibernacije prema stupnju tromosti:
1) lagana tromost, koja lako prestaje (rakuni, jazavci, medvjedi, rakunski psi);
2) potpuni stupor, popraćen periodičnim buđenjem samo u toplijim zimskim danima (hrčci, vjeverice, šišmiši);
3) prava neprestana hibernacija, koja je stabilna, dugotrajna omamljenost (vjeverice, ježevi, svisci, jerboi).
Zimskom hibernaciji sisavaca prethodi određena fiziološka priprema tijela. Sastoji se prvenstveno od nakupljanja rezervi masti, uglavnom ispod kože. Neki spavaju zimski san zimi potkožnog masnog tkiva doseže 25% Totalna tezina tijelo. Na primjer, vjeverice se debljaju početkom jeseni, povećavajući svoju tjelesnu težinu tri puta u odnosu na proljetno-ljetnu težinu. Prije zimskog sna, i ježevi i mrki medvjedi, kao i svi šišmiši.
Drugi sisavci, kao što su hrčci i vjeverice, ne nakupljaju velike zalihe masti, već spremaju hranu u svoje sklonište za korištenje tijekom kratkih razdoblja buđenja zimi.
Za vrijeme zimskog sna sve vrste sisavaca leže nepomično u svojim jazbinama, sklupčane u loptu. Stoga je najbolje održavati toplinu i ograničiti izmjenu topline s okolinom. Zimnički stanovi mnogih sisavaca prirodna su praznina stabljika i šupljina drveća.
Od sisavaca kukcojeda, jež, pripremajući se za hibernaciju, skuplja mahovinu, lišće, sijeno na osamljenom mjestu i sređuje gnijezdo za sebe. Ali on se "smješta" u svoj novi dom tek kada temperatura padne dugo vremena održava se ispod 10 °C. Prije toga jež obilno jede kako bi akumulirao energiju u obliku masti.
Zimska hibernacija smeđih medvjeda je blagi stupor. U prirodi, ljeti, medvjed nakuplja debeli sloj potkožnog masnog tkiva i, neposredno prije početka zime, smjesti se u svoju jazbinu za zimski san. Brlog je obično prekriven snijegom, pa je unutra mnogo toplije nego vani. Tijekom hibernacije tijelo medvjeda koristi akumulirane zalihe masti kao izvor hranjivih tvari, a također štiti životinju od smrzavanja.
S fiziološkog gledišta, hibernaciju sisavaca karakterizira slabljenje svih vitalnih funkcija organizma na najmanju moguću mjeru koja bi im omogućila preživljavanje nepovoljnih zimskih uvjeta bez hrane.
Za razliku od biljaka, životinje su heterotrofi. Tako se nazivaju organizmi koji nisu sposobni stvarati organska tvar od anorganskih. Oni stvaraju organske tvari potrebne svom tijelu iz organskih tvari koje dolaze s hranom. Za razliku od životinja, biljke stvaraju organske tvari iz anorganskih tvari, koristeći za to energiju svjetlosti. Ali u životu životinja svjetlo također igra važnu ulogu. Mnoge životinje imaju organe vida koji im omogućuju snalaženje u prostoru, razlikovanje jedinki svoje vrste od drugih, traženje hrane, migracije itd. Neke vrste životinja aktivne su tijekom dana ( falconiformes, lastavice, zebre), ostali noću ( žohari, sove, ježevi).
Većina životinjskih vrsta živi u uvjetima koji se mijenjaju tijekom godine. U proljeće se trajanje dnevnog svjetla postupno povećava, a s približavanjem jeseni počinje se smanjivati. Odgovarajući na promjene u duljini dnevnog svjetla, životinje se mogu unaprijed pripremiti za početak promjena u prirodi. Reakcija organizama na promjene dnevnog svjetla naziva se fotoperiodizam.
Još važan faktor nežive prirode koji utječe na vitalnu aktivnost organizama je temperatura. Na hladnokrvne životinje (beskičmenjaci, riba, vodozemci, gmazovi) temperatura tijela ovisi o temperaturi okoline. U uvjetima niskih temperatura padaju u stanje stupora.
toplokrvne životinje (ptice, sisavci) sposobni su održavati tjelesnu temperaturu, bez obzira na njezine promjene u okolini, na više ili manje konstantnoj razini. Da bi to učinili, moraju potrošiti puno energije. Stoga se zimi suočavaju s akutnim problemom pronalaska hrane.
Životinje koje žive na niskim temperaturama nazivaju se hladnoljubiv (pingvini, polarni medvjed , dubokomorska riba i tako dalje.). Ove životinje imaju dobro razvijenu dlaku ili perje, sloj potkožnog masnog tkiva itd.
Vrste koje žive na visokim temperaturama nazivaju se termofilni (kameniti koralji, antilope, vodenkonji, poput strašila i tako dalje.) (Sl. 276, 4-6). Mnoge vrste mogu živjeti u uvjetima povremenih promjena temperature. Zovu se otporan na hladnoću (vukovi, lisice, majica s kapuljačom i tako dalje.) .
Još ekološki faktor, koji igra važnu ulogu u životu životinja, jest vlažnost . Tijelo mnogih životinja sadrži 50-60% vode, a tijelo meduza i do 98%. Voda osigurava transport tvari kroz tijelo, sudjeluje u njihovim kemijskim transformacijama, regulaciji tjelesne temperature, izlučivanju krajnjih produkata metabolizma itd. Među životinjama ima vlagoljubiv, otporan na sušu I suholjubiv. DO vlagoljubiv uključuju one vrste životinja koje mogu živjeti samo u uvjetima visoke vlažnosti (npr. drvenarica, gliste , vodozemci). Za razliku od njih, suholjubive vrste (sveti skarabej, pogled na pustinju zmija I gušteri itd.) sposobni su učinkovito zadržati vodu u svom tijelu. To im daje priliku da žive u sušnim stepama i pustinjama. Mnoge životinjske vrste su otporan na sušu: sposobne su preživjeti određena razdoblja suše (mnoge vrste Žukov, gmazovi, sisavci i tako dalje.).
Za životinje koje žive u vodeni okoliš, važno sastav soli vode. Neke vrste protozoa, rakova, riba mogu živjeti samo u slatkoj vodi, druge - samo u morima. materijal sa stranice
Iskustvo životinja u dugim razdobljima nepovoljnih uvjeta.Životinje na različite načine doživljavaju razdoblja nepovoljnih uvjeta. Na primjer, zimi neke vrste životinja spavaju zimski san ( smeđi medvjed, jež, jazavac itd.). To im omogućuje da smanje potrošnju energije kada je hrane malo. Za stanovnike pustinje, hibernacija se može dogoditi ljeti, tijekom sušne sezone. Jednostanične životinje podnose nepovoljne uvjete u fazi cista. Mnogi beskralješnjaci preživljavaju nepovoljne uvjete u stadiju jaja (među rakovima - ljuskari, mnogi kukci).
Među neživi faktori najveći utjecaj na životinje imaju:
- svjetlo;
- temperatura;
- vlažnost;
- sastav soli vode.
Na ovoj stranici materijal o temama:
Čimbenici staništa za neživu prirodu
Koji faktor nežive prirode utječe na bor
Nepovoljni prirodni uvjeti
Utjecaj različitih čimbenika biološke prirode za Drugi svjetski rat
Kako životinje utječu na neživu prirodu
Pitanja o ovoj stavci:
Promjena godišnjih doba u umjereni pojas povlači za sobom značajne promjene u životu prirode, povezan prvenstveno s promjenama temperature. Prilagodbe biljaka i životinja povezane s promjenama vanjskih uvjeta imaju drugačiji oblik i manifestacije: kod sisavaca raste gusta poddlaka, ptice selice promjene staništa, druge ptice su prekrivene paperjem, koje je loš vodič topline i štiti životinje od hipotermije zimi.
Priprema za zimnicu
Sredinom ljeta prestaje rast mnogih biljnih vrsta, smanjuje se broj cvjetnica i prestaje razmnožavanje ptica. Počinje sazrijevanje plodova i sjemenki; spremanje za zimu.
Biljke nakupljaju rezervna hranjiva u prezimljavajućim organima: korijenju, rizomima, lukovicama, gomoljima.
Kod insekata se mast nakuplja u posebnim organima – masnim tijelima. Masti se također talože u potkožnom tkivu mnogih sisavaca. U jesen se linjaju ptice i sisavci. Lišće pada s drveća i grmlja.
Stanje dubokog odmora
Mnoge vrste organizama stekle su sposobnost preživljavanja nepovoljnih uvjeta (visoke ili vrlo niske temperature, smanjena 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 je različita za različite vrste. Kod nekih insekata, riba i vodozemaca duboko mirovanje se javlja već kada temperatura padne na + 15 ° C, kod drugih - na + 10 ° C, kod drugih - samo pri temperaturi blizu 0 ° C.
Kod različitih biljnih vrsta različiti organi doživljavaju stanje zimskog mirovanja. U lukovicama - lukovice, u paprati i nizu drugih - rizomi, u slatkom grašku - podzemni gomolji, u čičkama - rozete lišća pritisnute na tlo, u većini biljaka - sjemenke.
Beskralježnjaci mogu prezimiti u različitim stadijima razvoja. Tako je obični malarični komarac u stadiju odraslog kukca, proljetni komarac u stadiju ličinke, šuplji komarac u stadiju jajeta, a kupusni moljac u stadiju kukuljice.
Tijekom jeseni i zime biljke i kukci postaju sve više priviknuti na hladnoću i otporniji na nju niske temperature. To se zove otvrdnjavanje.
Anabioza životinja i biljaka
Posebnu otpornost na nepovoljne uvjete imaju organizmi u stanju mirovanja. Tijekom anabioze životni procesi su privremeno zaustavljeni ili toliko smanjeni da nema vidljivih manifestacija života.
Kod cvjetnica stanje anabioze uključeno je u normalni ciklus života. Osušeno sjeme ostaje održivo mnogo godina. Kod niza beskralježnjaka (praživotinje, niži rakovi, rotiferi) anabioza nastaje kada se isuše lokve i močvare u kojima žive.
Ostali beskralježnjaci prelaze u stanje mirovanja kada se zamrznu. Protozoe, neki člankonošci (dafnije, kiklopi, insekti) mogu se smrznuti u led.
U posebno osmišljenim pokusima gusjenice leptira preživjele su smrzavanje na temperaturi od -7,9°C, a valjkasti crvi -183°C. Spore mahovina i paprati te sjemenke žitarica nakon sušenja bile su izložene temperaturi od -272°C i zadržale su svoju klijavost.
Utvrđeno je da je povratak u aktivni život iz stanja suspendirane animacije moguć samo kada tkivna tekućina ne stvara kristale, već ostaje u prehlađenom stanju. To je zbog činjenice da se glicerin stvara u tkivima, što sprječava smrzavanje.
Fiziologija hibernacije
Smanjenje brzine metabolizma koje se događa kod sisavaca manifestira se u obliku hibernacije. Razlozi za njegov početak su pad temperature, kao i nedostatak hrane i zimi i ljeti, kada vegetacija u stepi i pustinji izgara od vrućine.
U zimu padaju hrčci, vjeverice, šišmiši, ježevi, neke vrste vjeverica zimski san. U drugim vrstama vjeverica, aestivacija, obično u sušnoj polovici ljeta. Tijekom hibernacije smanjuje se aktivna termoregulacija, temperatura tijela pada gotovo na temperaturu okoline, a sve funkcije usporavaju. Otkucaji srca na šišmiši, primjerice, pada s 420 na 16 u minuti.
Kod nekih sisavaca - medvjeda, jazavca, rakunskog psa, vjeverice - dolazi do zimskog sna tijekom kojeg je metabolizam također značajno smanjen, ali nema pada tjelesne temperature.
Posebna oprema
Da bi dovršili životni ciklus, neke biljke, kukci i brojni drugi organizmi trebaju hlađenje i prolazak kroz zimske faze mirovanja. U to vrijeme se odvijaju određeni fiziološki procesi koji pripremaju tijelo za novi aktivan život.
Majka priroda je vrlo tvrdoglava. Ona uvijek pokušava pobijediti sve surove uvjete koje stvaraju nemilosrdne sile našeg planeta, a upravo u takvim ekstremnim uvjetima genijalnost prirodnog svijeta može se vidjeti u punom sjaju. Čini se da je u velikoj većini slučajeva priroda pametnija od bilo kojeg znanstvenika, te izmišlja načine preživljavanja koji mogu poslužiti kao inspiracija za čovjekovu želju da svlada sve surove uvjete. Ispod je deset primjera nevjerojatnih prilagodbi životinja na ekstremne temperature i druge nepovoljne uvjete:
10 Arktičke ribe
Ribe su poikilotermni organizmi, ili jednostavnije rečeno, hladnokrvne životinje, što znači da što je niža temperatura prostora koji ih okružuje, teže održavaju svoje metaboličke funkcije. Štoviše, s padom temperature u stanicama njihova tijela stvaraju se kristali leda i tako životinja može pretrpjeti nepopravljivu štetu, koja će na kraju dovesti do smrti. Međutim, dok arktičke ribe nemaju luksuz generiranja vlastite topline, kao što to imaju tijela tuljana i drugih morski sisavci koji žive u istoj ledenoj vodi, čini se da napreduju, a kako im to uspijeva dugo je zbunjivalo znanstvenike.
Objašnjenje je pronađeno u posljednjih godina kada je otkriven protein protiv smrzavanja koji sprječava stvaranje kristala leda u njihovoj krvi. Međutim, kako točno ovaj protein radi otkriveno je tek prije tri godine u studiji Volkswagena (da, proizvođača automobila). Protein sprječava stvaranje leda u molekulama koje ga okružuju i tako omogućuje stanicama da nastave svoje životni ciklus. Ovaj fenomen se postiže zahvaljujući činjenici da protein usporava molekule vode, koje su obično u stanju kontinuiranog kretanja, slično plesu. Time se sprječava stvaranje i kidanje veza, koje su neophodne za stvaranje leda. Sličan protein pronađen je u nekoliko vrsta kornjaša koji žive na velikim nadmorskim visinama ili u neposrednoj blizini Arktičkog kruga.
9. Zamrzavanje radi preživljavanja
Arktičke ribe izbjegavaju smrzavanje, ali druge su životinje evoluirale tako da se potpuno smrzavaju kako bi preživjele hladnu sezonu. Koliko god paradoksalno zvučalo, nekoliko vrsta žaba i kornjača gotovo se potpuno smrzne i u tom stanju provedu cijelu zimu. Zanimljivo je da se smrzavaju u čvrsto stanje, a ako tako smrznutu, ali živu žabu bacite kroz prozor, ona će se odmah slomiti, kao da je udario komad leda. Zatim žabe čudesno otopli natrag u živahno stanje tijekom proljeća. Ovaj izvanredan način preživljavanja zimi posljedica je činjenice da urea i glukoza (koja nastaje pretvorbom jetrenog glikogena do koje dolazi prije smrzavanja) ograničavaju količinu leda i smanjuju osmotsko skupljanje stanica koje bi inače dovelo do smrti životinje. Drugim riječima, šećer omogućuje žabi da preživi. Međutim, postoji granica njihove otpornosti: iako izgledaju potpuno čvrste kad su smrznute, životinje možda neće preživjeti ako im se smrzne više od 65 posto vode u tijelu.
8. Kemijska toplina
Još uvijek smo u svijetu hladnokrvnih životinja. Većina nas je na satu fizike naučila da što je objekt manji, to mu je teže zadržati toplinu. Štoviše, znamo da su hladnokrvne životinje prilično letargične i sposobne samo za kratke nalete energije. Međutim, kukci su, iako su poikilotermna stvorenja, vrlo aktivni i svoju energiju dobivaju generiranjem tjelesne topline kemijskim i mehaničkim putem, obično brzim i stalnim pokretima mišića. Možemo povući paralelu između insekata i zagrijavanja dizel motora zimi prije paljenja. To čine ne samo da bi proizvele energiju potrebnu za održavanje leta, već i da bi se zimi zaštitile od hladnoće, na primjer, pčele se skupljaju na hrpu i drhte kako se ne bi smrznule.
7. Encistacija
Protozoe, bakterije i spore, te neke nematode, koriste encistaciju (što je ulazak u stanje suspendirane animacije i odvajanje od vanjski svijet s čvrstom staničnom stijenkom) kako bi dugo izdržali nepovoljne uvjete. Vrlo dugi vremenski periodi.
Zapravo, zato je encistacija jedno od najznačajnijih dostignuća prirodnog svijeta: znanstvenici su uspjeli vratiti u život bakterije i spore stare milijune godina - od kojih je najstarija bila stara oko 250 milijuna godina (da, bila je starija od dinosaura). Encistacija je možda jedini način Parka jura može postati stvarnost. S druge strane, zamislite što bi se dogodilo da znanstvenici ožive virus koji ljudsko tijelo nema zaštite...
6. Prirodni radijatori
Održavanje rashlade je problem u tropskim područjima, posebno kada su u pitanju veće ili energičnije životinje. Prirodni radijatori su učinkovita metoda smanjiti tjelesnu temperaturu: na primjer, uši slonova i zečeva pune su krvnih žila i pomažu životinjama da rashlade tijelo na vrućini. Kunići koji žive u arktičkim regijama imaju puno manje uši, poput vunastih mamuta, priroda im je uši napravila malima kako bi ih zaštitila od hladnoće. Radijatori su pronađeni iu prapovijesti, kod životinja kao što je Dimetrodon, koji je živio u permski ili, prema nekim znanstvenicima, u dinosaurima koji pripadaju obitelji stegosaurusa, čije su ploče bile zasićene posudama kako bi se olakšao prijenos topline.
5. Megatermija
Previše velika veličina može biti nedostatak za stvorenja koja žive u tropskim područjima, jer stalno moraju snižavati 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, pojava koja se nalazi u kožnim morske kornjače(najveće kornjače na svijetu), ili velikih morskih pasa poput velikog bijela psina ili mako morski pas. Ovo povećanje tjelesne temperature omogućuje ovim stvorenjima da budu prilično energična u hladnim vodama - štoviše, morske kožaste kornjače su najbrži gmazovi na Zemlji, sposobne doseći brzinu do 32 kilometra na sat u kratkom trku.
4. Promjena svojstava krvi
Kako bi preživjele u ekstremnim uvjetima, neke su životinje razvile različite tipove krvnog sastava: na primjer, azijski kit sjemenjak i planinska guska. Obje ove vrste imaju neobičnu sposobnost pohranjivanja mnogo više kisika u svojim krvnim stanicama nego druge životinje. Međutim, potreban im je iz raznih razloga: kit sjemena mora dugo zadržati dah zbog činjenice da zaranja u velika dubina u potrazi za hranom. Planinska guska mora održavati snažan let iznad himalajskog planinskog lanca, a na visinama na kojima leti u zraku ima vrlo malo kisika.
3. Respiratorna adaptacija
U tropskim i ekvatorijalnim područjima promjena godišnjih doba može biti katastrofalna za mnoge životinje. Kišna sezona može značiti česte poplave u kojima mnoge kopnene životinje izgube život, dok sušna sezona znači da nema vode, što je naravno loše za sve. Među životinjama kojima se priroda jako potrudila osigurati preživljavanje su ribe koje udišu zrak. Mnogi od nas su čuli za plućnjak, koji pripada nadredu plućnjaka, koji stvara sluznicu kako bi se zaštitio od suše, ali neke vrste somova i jegulja ne samo da udišu zrak, već također mogu putovati kopnom između vodenih tijela. Ove ribe mogu dobiti kisik iz zraka ne kroz pluća ili škrge, već kroz posebne dijelove crijeva.
2. Život u paklu
Od svog otkrića, hidrotermalni izvori opovrgli su mnoge teorije koje su znanstvenici iznijeli u vezi s dubokim morem morski život. Temperatura vode koja okružuje ove otvore prelazi točku ključanja, ali čisti pritisak vode na tim dubinama sprječava stvaranje mjehurića. Hidrotermalni izvori neprestano ispuštaju sumporovodik, koji je vrlo otrovan za većinu oblika života. Međutim, te su paklene rupe često okružene kolonijama raznih prirodnih organizama, od kojih većina očito uspijeva u otrovnom svijetu bez sunca. Ova bića uspjela su se nositi s nedostatkom sunčeve svjetlosti (za koju znamo da je važan dio za većinu oblika života, jer pokreće sintezu vitamina D) i nevjerojatno visokim temperaturama. S obzirom na to da su mnoga dubokomorska stvorenja koja žive oko otvora prilično primitivna s evolucijskog stajališta, znanstvenici trenutno pokušavaju otkriti jesu li ti otvori bili stvarni uvjeti za nastanak života, koji se prvi put pojavio prije otprilike 3,5 milijardi godina.
1. Hrabra kolonizacija
Vrijedi napomenuti da ova stavka na našem popisu još uvijek nema temeljito znanstveno objašnjenje: jedna vrsta papiga endemična za Nikaragvu, meksička Aratinga holochlora, gnijezdi se u krateru vulkana Masaya. Ono što je teško objasniti je da krater neprestano ispušta sumporne plinove, koji su prilično smrtonosni. Kako se ove papige mogu gnijezditi u okruženju koje lako može ubiti ljude i druge životinje u roku od nekoliko minuta, još uvijek je misterij za znanstvenike, a dokazuje da se majka priroda, u svojoj odlučnosti da osvoji svemire, ne boji nikakvih prepreka. Dok je fauna koja živi u blizini dubokih morskih otvora imala milijune godina evolucije kako bi se prilagodila životu u takvim uvjetima, zelene papige iz kratera vulkana Masaya počele su usvojiti ovaj način života relativno nedavno u smislu evolucije. Proučavanjem tako odvažnih vrsta može se bolje razumjeti kako čudo svemira, evolucija, funkcionira, baš kao što je Charles Darwin promatrao zebe s otočja Galapagos tijekom svog putovanja na brodu Beagle.
Prilagodba- ovo je prilagodba tijela uvjetima okoline zbog kompleksa morfoloških, fizioloških i bihevioralnih karakteristika.
Različiti organizmi prilagođavaju se različitim uvjetima okoliša i kao rezultat toga vole vlagu hidrofiti i "suhonosci" - kserofiti(slika 6); biljke slanog tla halofiti; biljke otporne na sjenu sciofiti), i zahtijevaju za normalan razvoj puna sunčeva svjetlost ( heliofiti); životinje koje žive u pustinjama, stepama, šumama ili močvarama su noćne ili dnevne. Pozivaju se skupine vrsta sa sličnim odnosom prema uvjetima okoliša (to jest, žive u istim ekotopima). ekološke skupine.
Sposobnost prilagodbe nepovoljnim uvjetima kod biljaka i životinja razlikuje se. Zbog činjenice da su životinje pokretne, njihove su prilagodbe raznolikije od onih biljaka. Životinje mogu:
- izbjegavati nepovoljne uvjete (ptice od zimske gladi 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 (omamljenost insekata, hibernacija kralješnjaka i dr.);
- prilagođavaju se životu u nepovoljnim uvjetima (dlaka i potkožno masno tkivo ih čuvaju od mraza, pustinjske životinje imaju uređaje za ekonomično korištenje vode i hlađenje itd.). (slika 7).
Biljke su neaktivne i vode vezan način života. Stoga su za njih moguće samo posljednje dvije varijante prilagodbi. Dakle, biljke karakterizira smanjenje intenziteta vitalnih procesa u nepovoljnim razdobljima: one odbacuju lišće, prezimljuju u obliku uspavanih organa zakopanih u tlo - lukovice, rizoma, gomolja, a 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 čimbenike povećava se zahvaljujući posebnim fiziološkim mehanizmima: promjenama osmotskog tlaka u stanicama, regulacijom intenziteta isparavanja uz pomoć stomata, korištenjem "filtarskih" membrana za selektivnu apsorpciju tvari itd.
Prilagodbe u različitim organizmima razvijaju se s različita brzina. Najbrže se javljaju kod kukaca koji se mogu prilagoditi djelovanju novog insekticida u 10-20 generacija, što objašnjava neuspjeh kemijske kontrole gustoće populacije insekata. Proces razvoja prilagodbi kod biljaka ili ptica odvija se polako, stoljećima.
Uočene promjene u ponašanju organizama obično se povezuju sa skrivenim osobinama koje su imali, takoreći, "u rezervi", ali su se pod utjecajem novih čimbenika pojavile i povećale otpornost vrsta. Takva skrivena obilježja objašnjavaju otpornost nekih vrsta drveća na djelovanje industrijskih onečišćenja (topola, ariš, vrba) i nekih korovskih vrsta na djelovanje herbicida.
Sastav iste ekološke skupine često uključuje organizme koji nisu slični jedni drugima. To je zbog činjenice da se različite vrste organizama mogu na različite načine prilagoditi istom čimbeniku okoliša.
Na primjer, različito doživljavaju hladnoću toplokrvna(zovu se endotermički, od grčkih riječi endon - unutra i terme - toplina) i hladnokrvno (ektoterman, od grčkog ectos - izvan) organizmi. (Sl. 8.)
Tjelesna temperatura endotermnih organizama ne ovisi o temperaturi okoline i uvijek je više-manje konstantna, njezine fluktuacije ne prelaze 2-4 jaki mrazevi i najjače topline. Ove životinje (ptice i sisavci) svoju tjelesnu temperaturu održavaju unutarnjom proizvodnjom topline na temelju intenzivnog metabolizma. Svoju tjelesnu toplinu održavaju na račun toplih “krznenih kaputa” od perja, vune itd.
Fiziološke i morfološke prilagodbe nadopunjuju se adaptivnim ponašanjem (odabir mjesta zaštićenog od vjetra za noćenje, izgradnja jazbina i gnijezda, grupno noćenje s glodavcima, bliske skupine pingvina koji se međusobno griju itd.). Ako je temperatura okoline vrlo visoka, tada se endotermni organizmi hlade posebnim prilagodbama, na primjer, isparavanjem vlage s površine sluznice usne šupljine i gornjih dišnih putova. (Zbog toga se psu na vrućini ubrza disanje i isplazi jezik.)
Tjelesna temperatura i pokretljivost ektotermnih životinja ovisi o temperaturi okoline. Kukci i gušteri postaju letargični i neaktivni na hladnom vremenu. Istodobno, mnoge životinjske vrste imaju mogućnost odabira mjesta s povoljnim uvjetima temperature, vlage i sunčeve svjetlosti (gušteri se sunčaju na osvijetljenim kamenim pločama).
Međutim, apsolutna ektotermija opaža se samo kod vrlo malih organizama. Većina hladnokrvnih organizama još uvijek je sposobna slabo regulirati tjelesnu temperaturu. 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 se vrste iste ekološke skupine kod biljaka razlikuju po svom izgledu. Također se mogu prilagoditi istim uvjetima okoline različiti putevi. Dakle, različite vrste kserofita štede vodu na različite načine: neke imaju debele stanične membrane, druge imaju pubescenciju ili voštani premaz na lišću. Neki kserofiti (primjerice iz porodice usnih) ispuštaju pare eteričnih ulja koja ih obavijaju poput “pokrivača” čime se smanjuje isparavanje. korijenski sustav kod nekih je kserofita snažan, ulazi u tlo do dubine od nekoliko metara i doseže razinu podzemne vode (devin trn), kod drugih je površinski, ali jako razgranat, što omogućuje skupljanje oborinske vode.
Među kserofitima postoje grmovi s vrlo sitnim tvrdim listovima koji se mogu odbaciti u najsušoj sezoni (karagana u stepi, pustinjski grmovi), travnjaci s uskim listovima (perjanica, vlasulja), sukulenti(od latinskog succulentus - sočan). Sukulenti imaju sočne listove ili stabljike koje skladište vodu i lako ih podnose visoke temperature zrak. Sukulenti uključuju američke kaktuse i saxaul koji rastu u srednjoazijskim pustinjama. Imaju posebnu vrstu fotosinteze: puči su kratkotrajno otvorena i samo noću, u tim svježim satima, biljke skladište ugljični dioksid, a danju ga koriste za fotosintezu sa zatvorenim pučima. (Sl. 9.)
Različite prilagodbe za preživljavanje nepovoljnih uvjeta na slanim tlima također su uočene kod halofita. Među njima postoje biljke koje su sposobne akumulirati soli u svom tijelu (soleros, šved, sarsazan), izlučuju višak soli na površini lišća posebnim žlijezdama (kermek, tamariks), "ne propuštaju" sol u svoja tkiva zbog "korijenske barijere" nepropusne za soli (pelin). U potonjem slučaju, biljke se moraju zadovoljiti malom količinom vode i izgledaju kao kserofiti.
Zbog toga se ne treba čuditi što u istim uvjetima postoje biljke i životinje koje su međusobno različite, koje su se na različite načine prilagodile tim uvjetima.
1. Što je adaptacija?
2. Zbog čega se životinje i biljke mogu prilagoditi nepovoljnim uvjetima okoliša?
2. Navedite primjere ekološke skupine biljke i životinje.
3. Recite nam o različitim prilagodbama organizama na iste nepovoljne uvjete okoliša.
4. Koja je razlika između prilagodbe na niske temperature kod endotermnih i ektotermnih životinja?
