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, insekata, 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 sposobnosti dobivanja hrane. Tijekom evolucijskog razvoja mnoge vrste životinja i biljaka stekle su osebujne mehanizme prilagodbe kako bi preživjele u nepovoljnom godišnjem dobu. Kod nekih vrsta životinja pojavio se i uspostavio instinkt za stvaranjem rezervi hrane; drugi su razvili još jednu prilagodbu – migraciju. Poznati su zapanjujuće dugi letovi mnogih vrsta ptica, seobe nekih vrsta riba i drugih predstavnika životinjskog svijeta. Međutim, u procesu evolucije kod mnogih vrsta životinja uočen je i još jedan savršeni fiziološki mehanizam prilagodbe - 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 ta stanja karakteriziraju inhibicija vitalnih funkcija tijela na minimum koji mu omogućuje da preživi nepovoljne zimske uvjete bez jela. Takvo stanje imaginarne smrti spada u one vrste životinja koje se zimi nisu u stanju osigurati hranom i za njih prijeti smrt od hladnoće i gladi. A sve to, razvijeno u procesu evolucije, podliježe strogoj prirodnoj svrhovitosti - potrebi očuvanja vrste.
Hibernacija je raširena pojava u prirodi, unatoč činjenici da se njezina očitovanja razlikuju kod predstavnika pojedinih skupina životinja, bilo da se radi o životinjama s nestabilnom tjelesnom temperaturom (poikilotermne), koje se nazivaju i hladnokrvnim, kod kojih tjelesna temperatura ovisi o temperature okoline, ili životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom (homeotermne), također se nazivaju toplokrvnim.
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 hiberniraju?
Od tipa mekog tijela do hibernacije mnoge vrste puževa dreniraju (primjerice svi kopneni puževi). Zatečeni vrtni puževi hiberniraju u listopadu, a to traje do početka travnja. Nakon dugog pripremnog razdoblja, tijekom kojeg akumuliraju u svom tijelu potrebno hranjive tvari, puževi pronalaze ili kopaju jame kako bi nekoliko jedinki zajedno prezimilo duboko pod zemljom, gdje će se temperatura održavati na 7 - 8°C. Dobro začepivši minke, puževi se spuštaju na dno i leže s ljuskom koja se otvara. Zatim zatvaraju ovu rupu, oslobađajući sluzavu tvar koja se ubrzo stvrdne i postane elastična (filmska). 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 imaju ulogu izvrsnog izolatora. Utvrđeno je da puževi tijekom dugog zimovanja gube više od 20% svoje težine, pri čemu se najveći gubitak događa 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. Tijekom hibernacije, puž se ne hrani, disanje gotovo prestaje. U proljeće, kada je prvi toplih dana a temperatura tla doseže 8-10°C, kada se vegetacija počne razvijati i padaju prve kiše, puževi ispužu iz svojih zimskih skloništa. Tada počinje intenzivna aktivnost za obnavljanje iscrpljenih rezervi hrane u njihovom tijelu; to se izražava u apsorpciji ogromne količine hrane u odnosu na njihovo tijelo.
Vodeni puževi, ribnjački puževi, također padaju u stanje hibernacije – većina se ukopava u mulj na dnu rezervoara u kojem žive.
Gdje rakovi hiberniraju?
Svima je poznata prijetnja popularna u narodu: "Pokazat ću ti gdje prezimuju rakovi!". Vjeruje se da se ova poslovica pojavila za vrijeme kmetstva, kada su posjednici, 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 stajališta taksonomije, klasa rakova podijeljena je u dvije podrazrede - više i niže rakove.
Od viših rakova riječni, močvarni i jezerski rak padaju u stanje hibernacije. Mužjaci hiberniraju u skupinama u dubokim jamama na dnu, a ženke same u minkama, a u studenom na svoje kratke noge lijepe oplođena jajašca 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 jaku ljusku i nastaju kada se pojave nepovoljni životni uvjeti. Za neke vrste nižih rakova sušenje, pa čak i smrzavanje jaja su potrebno stanje 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 značajno smanjuju. Na negativnim temperaturama cjelokupni razvoj kukca se usporava ili praktički zaustavlja. Ovo anabiotsko stanje, poznato kao "dijapauza", reverzibilno je zaustavljanje razvojnih procesa i uzrokovano je vanjskim čimbenicima. Dijapauza nastaje kada su uvjeti nepovoljni za život i nastavlja se tijekom cijele zime, sve dok s početkom proljeća uvjeti ne postanu povoljniji.
Početak zimske sezone različiti tipovi kukci 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 određenom stupnju svog razvoja. Tako, na primjer, sedam točaka bubamara 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 dopušta smrzavanje. To se događa u fazi razvoja kukca u kojem će prezimiti.
Već s pojavom prvih znakova zahlađenja u jesen, kukci nalaze udobna skloništa (ispod kamenja, ispod kore drveća, ispod otpalog lišća u jazbinama u tlu, itd.), gdje je nakon snježnih padalina temperatura umjereno niska i uniforma.
Trajanje dijapauze kod insekata izravno je povezano s rezervama masti u tijelu. Pčele ne padaju u dugu dijapauzu, ali ipak 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 kukci točno određuju trenutak kada bi trebali izaći iz anabiotskog stanja. Znanstvenik N.I. Kalabukhov je istraživao anabiozu kod nekih vrsta leptira. Otkrio je da trajanje dijapauze varira od vrste do vrste. Na primjer, leptir paun bio je u suspendiranoj animaciji 166 dana na temperaturi od 5,9 °C, dok je svilenoj bubi bila potrebna 193 dana na temperaturi od 8,6 °C. Prema znanstvenicima, čak i razlike u geografskom području utječu na trajanje dijapauze.
Hiberniraju li ribe?
Na osebujan 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 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, u njihovoj krvi se nakupljaju soli 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, ruš, smuđ, som i drugi padaju u zimski san. Kada temperatura vode padne ispod 8 - 10°C, ove ribe sele se u dublje dijelove akumulacija, zakopavaju se u mulj u velikim skupinama i tamo ostaju u stanju hibernacije tijekom cijele zime.
Neki morske ribe također podnose jaku hladnoću u stanju hibernacije. Tako se, na primjer, haringa već u jesen približava obali Arktičkog oceana kako bi na dnu nekog malog zaljeva pala u stanje hibernacije. Crnomorski inćun također zimuje u južnim predjelima 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 sjedećem stanju.
Hibernaciju riba karakterizira njihova izrazito ograničena aktivnost, potpuni prestanak hranjenja i nagli pad metabolizma. U to vrijeme njihovo tijelo podržavaju rezerve hranjivih tvari koje se nakupljaju zbog obilne prehrane u jesen.
hibernacija vodozemaca
U smislu načina života i strukture, klasa vodozemaca je prijelazna između tipično vodenih kralježnjaka i tipično kopnenih životinja. Poznato je da različite vrstežabe, tritoni, daždevnjaci također provode nepovoljnu zimsku sezonu u stanju omamljenosti, jer su to životinje s nestabilnom tjelesnom temperaturom koja ovisi o temperaturi okoline.
Utvrđeno je da hibernacija žaba traje od 130 do 230 dana, a njezino trajanje ovisi o trajanju zime.
U akumulacijama, kako bi prezimile, žabe se skupljaju u skupine od 10-20 primjeraka, zarivaju se u mulj, u podvodna udubljenja i druge šupljine. Tijekom hibernacije žabe dišu samo kroz kožu.
Zimi se tritoni obično gnijezde ispod toplih, trulih panjeva i debla srušenih stabala. Ako u blizini ne pronađu tako zgodne "stanove", zadovoljni su pukotinama u tlu.
Gmazovi također hiberniraju
Iz razreda gmazova, gotovo sve vrste naše faune zimi padaju u stanje hibernacije. Niska zimske temperature je glavni razlog za ovu pojavu.
Zimovnici su obično podzemne špilje ili šupljine nastale oko velikih starih panjeva s trulim korijenjem, pukotina u stijenama i drugih mjesta koja nisu dostupna njihovim neprijateljima. U takvim skloništima skuplja se veliki broj zmija koje tvore ogromne 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 hibernira, ukopavajući se u tlo, u jazbine kojima ne prijeti poplava. U toplim, sunčanim danima zimi, gušteri se mogu "probuditi" i nekoliko sati puzati iz svojih zimskih skloništa u lov, nakon čega se opet skrivaju u svojim jazbinama, padaju u stanje ukočenosti.
Močvarne 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, glodavaca, pokrivajući se tresetom, mahovinom i mokro lišće.
Priprema za zimovanje počinje u listopadu, kada kornjače nakupljaju masnoću. U proljeće se, s privremenim zagrijavanjem, bude, ponekad i cijeli tjedan.
Postoje li ptice koje zimi hiberniraju?
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 hibernirati tijekom nepovoljnih godišnjih doba. Poznato je da većina ptica izbjegava nepovoljne zimske uvjete migriranjem. Čak je i Aristotel u svojoj višetomnoj Povijesti životinja skrenuo pozornost na činjenicu da “neke od ptica odlete da prezime u toplim zemljama, 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 počne hladnoća, lastavice, ne nalazeći dovoljno kukaca za hranu, počnu tražiti sklonište za zimovanje u trstici. korita uz obale jezera i rijeka."
Trpljenje u koje padaju neke vrste ptica prilično se razlikuje od hibernacije uobičajenog za mnoge sisavce. Prije svega, tijelo ptica ne samo da ne akumulira rezerve energije u obliku masti, već, naprotiv, troši njihov značajan dio. Dok sisavci idu u hibernaciju, nakon što su se osjetno udebljali, ptice gube puno na težini prije stupora. Zato se fenomen tromosti 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 uvjetima adaptivna je fiziološka reakcija koja je fiksirana u procesu evolucije.
Koji sisavci hiberniraju zimi?
Kao i kod životinja o kojima smo ranije govorili, tako i kod sisavaca, hibernacija je biološka prilagodba za preživljavanje u nepovoljnom godišnjem dobu. Iako životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom obično podnose hladnu klimu, nedostatak prikladne hrane zimi doveo je do toga da neke od njih steknu i postupno učvrste tijekom evolucije ovaj osebujni instinkt - da provode nepovoljnu zimsku sezonu u neaktivnom stanju hibernacije. .
Postoje tri vrste hibernacije prema stupnju torpora:
1) lagana omamljenost, koja se lako zaustavlja (rakuni, jazavci, medvjedi, rakunski psi);
2) potpuni stupor, praćen povremenim buđenjima samo u toplijim zimskim danima (hrčci, veverice, šišmiši);
3) prava neprestana hibernacija, koja je stabilna, dugotrajna omamljenost (zemlje, ježevi, svizci, jerboas).
Zimskom hibernaciji sisavaca prethodi određena fiziološka priprema organizma. Sastoji se prvenstveno od nakupljanja masnih rezervi, uglavnom ispod kože. Neki zimi hiberniraju potkožno masno tkivo doseže 25% ukupna masa tijelo. Primjerice, vjeverice se debljaju početkom jeseni, povećavajući tjelesnu masu tri puta u odnosu na proljetno-ljetnu. Prije hibernacije, i ježevi i smeđi medvjedi, kao i svi šišmiši.
Drugi sisavci, kao što su hrčci i veverice, ne akumuliraju velike zalihe masnoće, već pohranjuju hranu u svoje sklonište za korištenje tijekom kratkih razdoblja buđenja zimi.
Tijekom hibernacije, sve vrste sisavaca leže nepomično u svojim jazbinama, sklupčane u klupko. Stoga je najbolje održavati toplinu i ograničiti razmjenu topline s okolinom. Zimnički stanovi mnogih sisavaca prirodna su praznina stabljika i šupljina drveća.
Od sisavaca kukaca, 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 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 blagi stupor. 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 puno toplije nego vani. Tijekom hibernacije, nakupljene rezerve masti tijelo medvjeda koristi kao izvor hranjivih tvari, a također štiti životinju od smrzavanja.
S fiziološkog stajališta, hibernaciju sisavaca karakterizira slabljenje svih vitalnih funkcija organizma na minimum koji bi im omogućio da prežive nepovoljne zimske uvjete bez hrane.
Za razliku od biljaka, životinje jesu heterotrofi. Tako se nazivaju organizmi koji nisu u stanju stvarati organska tvar od anorganskih. Oni stvaraju organske tvari potrebne svom tijelu iz organskih tvari koje dolaze s hranom. Za razliku od životinja, biljke tvore 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 navigaciju u prostoru, razlikovanje jedinki svoje vrste od drugih, traženje hrane, migriranje itd. Neke vrste životinja aktivne su tijekom dana ( falconiformes, lastavice, zebre), drugi noću ( žohari, sove, ježići).
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. Reagirajući na promjene u duljini dnevnog vremena, 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 hladnokrvnih životinja (beskralješnjaci, riba, vodozemci, gmazovi) tjelesna temperatura ovisi o temperaturi okoline. U uvjetima niskih temperatura padaju u stanje stupora.
toplokrvnih životinja (ptice, sisavci) mogu održavati tjelesnu temperaturu, bez obzira na njezine promjene u okolini, na manje-više konstantnoj razini. Da bi to učinili, moraju potrošiti puno 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 tako dalje.). Ove životinje imaju dobro razvijenu kosu ili perje, sloj potkožne masti itd.
Vrste koje žive na visokim temperaturama nazivaju se termofilna (kamenih koralja, antilope, nilski konji, kao strašilo 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 faktor okoliša, koji igra važnu ulogu u životu životinja, je vlažnost . Tijelo mnogih životinja sadrži 50-60% vode, a tijelo meduze je i do 98%. Voda osigurava transport tvari po tijelu, sudjeluje u njihovim kemijskim transformacijama, regulaciji tjelesne temperature, izlučivanju krajnjih produkata metabolizma itd. Među životinjama ih ima voli vlagu, otporan na sušu i suholjubiv. Do voli vlagu uključuju one vrste životinja koje mogu živjeti samo u uvjetima visoke vlažnosti (npr. ušice, gliste , vodozemci). za razliku od njih, vrste koje vole suhoću (sveti skarabej buba, 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: sposobni su preživjeti određena razdoblja suše (mnoge vrste Žukov, gmazovi, sisavci i tako dalje.).
Za životinje koje žive u vodeni okoliš, važno slani sastav 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 doživljavaju razdoblja nepovoljnih uvjeta na različite načine. Na primjer, zimi neke životinjske vrste hiberniraju ( smeđi medvjed, jež, jazavac itd.). To im omogućuje smanjenje potrošnje energije kada je hrana oskudna. Za stanovnike pustinje, hibernacija može nastupiti ljeti, tijekom sušne sezone. Jednostanične životinje podnose nepovoljne uvjete u stadiju ciste. Mnogi beskralješnjaci preživljavaju nepovoljne uvjete u fazi jaja (među rakovima - scutes, mnogi kukci).
Među neživih čimbenika najveći utjecaj na životinje vrše:
- svjetlo;
- temperatura;
- vlažnost;
- slani sastav vode.
Na ovoj stranici materijal o temama:
Faktori staništa za neživu prirodu
Koji čimbenik nežive prirode utječe na bor
Nepovoljni uvjeti prirode
Utjecaj različitih čimbenika biološke prirode za Drugi svjetski rat
Kako životinje utječu na neživu prirodu
Pitanja o ovoj stavci:
Promjena godišnjih doba u umjerena zona podrazumijeva značajne promjene u životu prirode, povezan prvenstveno s promjenama temperature. Prilagodbe biljaka i životinja povezane s promjenama vanjskih uvjeta imaju različitog oblika i manifestacije: kod sisavaca 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 prestaje rast mnogih biljnih vrsta, smanjuje se broj cvjetnica i prestaje uzgoj ptica. Počinje sazrijevanje plodova i sjemena; sprema 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 također taloži u potkožnom tkivu mnogih sisavaca. U jesen se ptice i sisavci linjaju. Lišće pada s drveća i grmlja.
Stanje dubokog odmora
Mnoge vrste organizama stekle su sposobnost preživljavanja u nepovoljnim uvjetima (visoke ili vrlo niske temperature, smanjena vlažnost, nedostatak hrane i sl.) 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, u drugih - na + 10 ° C, u drugima - samo na temperaturi blizu 0 ° C.
U različitim biljnim vrstama 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. Tako je obični malarijski komarac u stadiju odraslog kukca, proljetni komarac je u stadiju ličinke, šuplji komarac je u stadiju jaja, a kupusov moljac je u stadiju kukuljice.
Tijekom jeseni i zime biljke i kukci se više navikavaju na hladnoću i otpornost na nju niske temperature. To se zove otvrdnjavanje.
Anabioza životinja i biljaka
Organizmi u stanju suspendirane animacije imaju posebnu otpornost na nepovoljne uvjete. 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 dugi niz godina. Kod niza beskralježnjaka (protozoa, niži rakovi, rotiferi) anabioza nastaje kada se lokve i močvare u kojima žive osuše.
Ostali beskralješnjaci prelaze u suspendiranu animaciju kada su zamrznuti. 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 okrugli crvi -183°C. Spore mahovine i paprati te sjemenke žitarica nakon sušenja podvrgnute su 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 stvara kristale, već ostaje u prehlađenom stanju. To je zbog činjenice da se u tkivima stvara glicerin, koji sprječava smrzavanje.
Fiziologija hibernacije
Smanjenje brzine metabolizma koje se događa kod sisavaca očituje se u obliku hibernacije. Razlozi za njegovu pojavu su smanjenje temperature, kao i nedostatak hrane i zimi i ljeti, kada vegetacija u stepi i pustinji izgori od vrućine.
U zimu padaju hrčci, vjeverica, šišmiši, ježevi, neke vrste vjeverica hibernacije. Kod ostalih vrsta vjeverica, aestivacija, obično u suhoj polovici ljeta. Tijekom hibernacije aktivna termoregulacija se smanjuje, tjelesna temperatura pada gotovo na temperaturu okoline, a sve funkcije se usporavaju. Broj otkucaja srca na šišmiši, na primjer, pada sa 420 na 16 u minuti.
Kod nekih sisavaca – medvjeda, jazavca, rakunskih pasa, vjeverica – dolazi do zimskog sna tijekom kojeg je metabolizam također značajno smanjen, ali nema pada tjelesne temperature.
Posebna oprema
Za završetak životnog ciklusa neke biljke, kukci i niz drugih organizama trebaju hlađenje i prolazak kroz zimske faze mirovanja. U ovom trenutku provode se određeni fiziološki procesi koji pripremaju tijelo za novi aktivni život.
Majka priroda je vrlo tvrdoglava. Ona uvijek pokušava pobijediti sve teške uvjete koje stvaraju nemilosrdne sile našeg planeta, a u tako ekstremnim uvjetima domišljatost prirodnog svijeta može se vidjeti u svom svom sjaju. Čini se da je u velikoj većini slučajeva priroda pametnija od bilo kojeg znanstvenika i izmišlja načine preživljavanja koji mogu poslužiti kao inspiracija za čovjekovu želju za osvajanjem bilo kakvih surovih uvjeta. U nastavku je deset primjera nevjerojatnih prilagodbi 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. Štoviše, kako temperatura pada, u stanicama njihova tijela nastaju kristali leda i tako životinja može pretrpjeti nepopravljivu štetu koja će na kraju dovesti do njezine smrti. Međutim, dok arktičke ribe nemaju luksuz generirati vlastitu toplinu, kao što to imaju tijela tuljana i drugih morski sisavci koji žive u istoj ledenoj vodi, čini se da uspijevaju, a kako im to uspijeva, dugo je zbunjivalo znanstvenike.
Objašnjenje je pronađeno u posljednjih godina kada je otkriven protein antifriza koji sprječava stvaranje kristala leda u njihovoj krvi. Međutim, točno kako ovaj protein djeluje otkriveno je tek prije tri godine u studiji Volkswagena (da, proizvođača automobila). Protein sprječava nastanak leda u molekulama koje ga okružuju i tako omogućuje stanicama da nastave svoje životni ciklus. Taj se fenomen postiže činjenicom da protein usporava molekule vode, koje su obično u stanju kontinuiranog kretanja, slično kao pri plesu. Time se sprječava stvaranje i pucanje veza koje su neophodne za nastanak leda. Sličan protein pronađen je u nekoliko vrsta buba koje žive na velikim visinama ili u neposrednoj blizini polarnog kruga.
9. Smrzavanje za preživljavanje
Arktičke ribe izbjegavaju smrzavanje, ali druge životinje su evoluirale da se potpuno smrznu kako bi preživjele hladnu sezonu. Koliko god paradoksalno zvučalo, ali nekoliko vrsta žaba i kornjača gotovo se potpuno smrzne i u takvom stanju provede cijelu zimu. Zanimljivo je da se smrznu u čvrsto stanje, a ako takvu smrznutu, ali živu žabu bacite kroz prozor, ona će se odmah slomiti, kao da je pogođena komadom leda. Zatim žabe čudesno odmrznuti natrag u živahno stanje tijekom proljeća. Ovaj izvanredan način preživljavanja zime rezultat je činjenice da urea i glukoza (koja nastaje pretvorbom jetrenog glikogena koja se događa prije smrzavanja) ograničavaju količinu leda i smanjuju osmotsko skupljanje stanica, što bi inače dovelo do smrti životinja. Drugim riječima, šećer omogućuje žabi da preživi. Međutim, njihova otpornost ima ograničenje: iako izgledaju potpuno čvrsto kada su smrznute, životinje možda neće preživjeti ako se više od 65 posto vode u njihovom tijelu smrzne.
8. Kemijska toplina
Još uvijek smo u svijetu hladnokrvnih životinja. Većina nas je na satu fizike naučila da što je predmet manji, to mu je teže zadržati toplinu. Štoviše, znamo da su hladnokrvne životinje prilično letargične i sposobne samo za kratke navale energije. Međutim, kukci su, unatoč tome što su poikilotermna bića, vrlo 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 ne čine samo kako bi generirali energiju potrebnu za održavanje leta, već i kako bi se zimi zaštitili od hladnoće, na primjer, pčele se skupljaju u hrpu i drhte kako se ne bi smrzle.
7. Encistanica
Protozoe, bakterije i spore, te neke nematode, koriste encistation (što je ulazak u stanje suspendirane animacije i odvajanje od vanjski svijet sa čvrstom staničnom stijenkom) da izdrži nepovoljne uvjete kroz dulje vremensko razdoblje. Vrlo dugi vremenski periodi.
Zapravo, upravo je to razlog zašto je encistacija jedno od najnevjerovatnijih 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 , bio je stariji od dinosaura). Encystation bi mogao biti jedini način parkiranja jure može postati stvarnost. S druge strane, zamislite što bi se dogodilo kada bi znanstvenici oživjeli virus koji ljudsko tijelo nema zaštite...
6. Prirodni radijatori
Održavanje hladnoće problem je 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 ohlade svoje tijelo na vrućini. Kunići 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 pronađeni i u prapovijesnom svijetu, u životinjama poput Dimetrodona, koji je živio 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, fenomen koji se nalazi u kožnim morske kornjače(najveće kornjače na svijetu), ili veliki morski psi kao npr bijela psina ili mako morski pas. Ovo povećanje tjelesne temperature omogućuje ovim stvorenjima da budu prilično energični u hladnim vodama - štoviše, morske kožnate kornjače najbrži su gmazovi na Zemlji, sposobni postići brzinu do 32 kilometra na sat u kratkom trku.
4. Promjena svojstava krvi
Kako 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 pohranjivanja 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 mora održavati snažan let iznad himalajskog planinskog lanca, a na visinama na kojima leti ima vrlo malo kisika u zraku.
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 kako bi im osigurala opstanak su ribe koje udišu zrak. Mnogi od nas su čuli za plućnjaka, koji pripada nadredu plućnjaka, koji stvara sluznicu 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 demantirali su mnoge teorije koje su znanstvenici iznijeli o dubokom moru morski život. Temperatura vode koja okružuje ove otvore prelazi točku vrelišta, ali sam pritisak vode na tim dubinama sprječava stvaranje mjehurića. Hidrotermalni otvori neprestano ispuštaju sumporovodik, koji je vrlo toksičan 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 su se stvorenja uspjela 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 papige endemske Nikaragve, meksička Aratinga holochlora, gnijezdi se u krateru vulkana Masaya. Dio koji je teško objasniti je da krater neprestano ispušta sumporne plinove, koji su prilično smrtonosni. Kako se ove papige mogu gnijezditi u okruženju koje može lako ubiti ljude i druge životinje u roku od nekoliko minuta, za znanstvenike je još uvijek misterij, a to dokazuje da se majka priroda, u svojoj odlučnosti da osvoji svemir, ne boji nikakvih prepreka. Dok je fauna koja živi u blizini dubokomorskih otvora imala milijune godina evolucije kako bi se prilagodila životu u takvim uvjetima, zelene papige kratera vulkana Masaya počele su živjeti ovim načinom života vrlo nedavno u smislu evolucije. Proučavajući takve odvažne vrste, može se bolje razumjeti kako djeluje čudo svemira, evolucija, baš kao što je Charles Darwin promatrao zebe s otočja Galapagos tijekom svog putovanja na Beagleu.
Prilagodba- ovo je prilagodba tijela uvjetima okoline zbog kompleksa morfoloških, fizioloških i bihevioralnih karakteristika.
Različiti se organizmi prilagođavaju različitim uvjetima okoliša, a kao rezultat toga, vole vlagu hidrofiti i "suhonosci" - kserofiti(slika 6); biljke zaslanjenog tla 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. Skupine vrsta sa sličnim odnosom prema uvjetima okoliša (odnosno koje žive u istim ekotopima) nazivaju se ekološke skupine.
Sposobnost prilagodbe nepovoljnim uvjetima kod biljaka i životinja se razlikuje. Zbog činjenice da su životinje pokretne, njihove su prilagodbe raznolikije od onih kod biljaka. Životinje mogu:
- izbjegavati nepovoljne uvjete (ptice od zimske gladi i hladnoće odlete u toplijim krajevima, 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 kralježnjaka itd.);
- prilagođavaju se životu u nepovoljnim uvjetima (dlaka i potkožna masnoća ih spašavaju od mraza, pustinjske životinje imaju uređaje za ekonomično korištenje vode i hlađenja itd.). (slika 7).
Biljke su neaktivne i vode privržen način života. Stoga su im moguće samo posljednje dvije varijante prilagodbi. Dakle, biljke karakterizira smanjenje intenziteta vitalnih procesa tijekom nepovoljnih razdoblja: odbacuju lišće, prezimljuju kao uspavani organi zakopani u tlu - lukovice, rizomi, gomolji, te 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, regulaciji intenziteta isparavanja uz pomoć stomata, primjeni “filtarskih” membrana za selektivnu apsorpciju tvari itd.
Prilagodbe u različitim organizmima razvijaju se s različita brzina. Najbrže se javljaju kod insekata koji se mogu prilagoditi djelovanju novog insekticida za 10-20 generacija, što objašnjava neuspjeh kemijske kontrole gustoće populacije štetnika insekata. Proces razvoja prilagodbi kod biljaka ili ptica odvija se polako, stoljećima.
Uočene promjene u ponašanju organizama obično su povezane sa skrivenim osobinama koje su imali, takoreći, "u rezervi", ali su se pod utjecajem novih čimbenika pojavile i povećale otpornost vrsta. Takve skrivene značajke objašnjavaju otpornost nekih vrsta drveća na djelovanje industrijskog onečišćenja (topola, ariš, vrba), a nekih korovskih vrsta na djelovanje herbicida.
Sastav iste ekološke skupine često uključuje organizme koji međusobno nisu slični. To je zbog činjenice da se različite vrste organizama mogu prilagoditi istom čimbeniku okoliša na različite načine.
Na primjer, drugačije doživljavaju hladnoću toplokrvni(zovu se endotermički, od grčkih riječi endon - iznutra i terme - toplina) i hladnokrvno (ektotermni, od grčkog ectos - izvan) organizmi. (slika 8.)
Tjelesna temperatura endotermnih organizama ne ovisi o temperaturi okoline i uvijek je manje-više konstantna, njezine fluktuacije ne prelaze 2-4 o čak i najviše jaki mrazevi i najintenzivnije vrućine. 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 vjetrom zaštićenih mjesta za prenoćište, izgradnja jazbina i gnijezda, grupna noćenja s glodavcima, bliske skupine pingvina koje se međusobno griju i sl.). 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.)
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 za temperaturu, vlažnost i sunčevu svjetlost (gušteri se sunčaju 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 skupine u biljkama razlikuju se po izgledu. Također se mogu prilagoditi istim uvjetima okoliša 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 (na primjer, iz obitelji labiaceae) ispuštaju pare eteričnih ulja, koje ih obavijaju poput "pokrivača", što smanjuje isparavanje. korijenski sustav kod nekih je kserofita moćan, zalazi u tlo do nekoliko metara dubine i doseže razinu podzemne vode (devin trn), u drugih je površan, ali jako razgranat, što omogućuje skupljanje oborinske vode.
Među kserofitima postoje grmovi s vrlo malim tvrdim listovima koji se mogu odbaciti u najsušnije doba (grm karagane u stepi, pustinjski grmovi), travnjake s uskim listovima (perjanica, vlasulja), sukulenti(od latinskog succulentus - sočan). Sukulenti imaju sočne listove ili stabljike koje pohranjuju 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 nakratko i samo noću, u ovim prohladnim satima, biljke pohranjuju ugljični dioksid, a danju ga koriste za fotosintezu sa zatvorenim puči. (Slika 9.)
Različite prilagodbe za preživljavanje nepovoljnih uvjeta na zaslanjenim tlima također se primjećuju kod halofita. Među njima ima biljaka koje su sposobne akumulirati soli u svom tijelu (soleros, swede, sarsazan), lučiti višak soli na površini listova posebnim žlijezdama (kermek, tamariks), "držati" soli izvan svog tkiva zbog „korijenska barijera” nepropusna za soli” (pelin). U potonjem slučaju, biljke se moraju zadovoljiti s malom količinom vode i imaju izgled kserofita.
Zbog toga se ne treba čuditi što pod istim uvjetima postoje biljke i životinje koje su međusobno različite, a koje su se na različite načine prilagodile tim uvjetima.
1. Što je prilagodba?
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 okoline.
4. Koja je razlika između prilagodbi na niske temperature kod endotermnih i ektotermnih životinja?
