Az élő szervezetek által okozott kedvezőtlen körülmények megtapasztalásának módjai (telelés, hibernáció, felfüggesztett animáció, vándorlás stb.)
Szakaszok: Biológia
Célok: növeli a tanulók tudásterületét; megtanulják elemezni a létfontosságú tevékenység átmeneti leállásának jelenségét az élő szervezetekben, alkalmazva az alkalmazkodáshoz és a túléléshez a kedvezőtlen körülmények között.
Felszerelés: puhatestűek, rákfélék, rovarok, halak, kétéltűek, hüllők, madarak, emlősök táblái.
A téli szezon az állat- és növényvilág számos képviselője számára kedvezőtlen, mind az alacsony hőmérséklet, mind az élelemszerzési képesség meredek csökkenése miatt. Az evolúciós fejlődés során számos állat- és növényfaj sajátos alkalmazkodó mechanizmusokra tett szert, hogy túléljen egy kedvezőtlen évszakban. Egyes állatfajokban megszületett és meghonosodott a tápláléktartalékok létrehozásának ösztöne; mások egy másik alkalmazkodást – a migrációt – fejlesztettek ki. Számos madárfaj feltűnően hosszú repülése, egyes halfajok vándorlása és az állatvilág más képviselői ismertek. Azonban számos állatfaj evolúciós folyamata során az alkalmazkodás egy másik tökéletes fiziológiai mechanizmusát vették észre - az első pillantásra élettelen állapotba zuhanás képességét, amely különböző állatfajoknál eltérően nyilvánul meg, és különböző nevekkel rendelkezik (anabiosis, hipotermia stb.). Mindeközben mindezeket a feltételeket a szervezet létfontosságú funkcióinak minimálisra való gátlása jellemzi, ami lehetővé teszi, hogy evés nélkül túlélje a kedvezőtlen téli körülményeket. A képzeletbeli halál ilyen állapota azokra az állatfajokra esik, amelyek télen nem képesek táplálékkal ellátni magukat, és számukra a hideg és az éhség miatti halálveszély áll fenn. És mindez az evolúció során kialakult szigorú természetes célszerűségnek - a faj megőrzésének igénye - függ.
A hibernáció széles körben elterjedt jelenség a természetben, annak ellenére, hogy bizonyos állatcsoportok képviselőinél eltérőek a megnyilvánulásai, függetlenül attól, hogy instabil testhőmérsékletű (poikiloterm) vagy hidegvérű állatokról van szó, amelyeknél a testhőmérséklet a környezeti hőmérséklet, vagy állandó testhőmérsékletű (homeoterm) állatok, más néven melegvérűek.
Az instabil testhőmérsékletű állatok közül a különböző típusú puhatestűek, rákfélék, pókfélék, rovarok, halak, kétéltűek és hüllők, az állandó testhőmérsékletű állatok közül pedig számos madárfaj és számos emlősfaj.
Hogyan hibernálnak a csigák?
A puha testű típustól a hibernálás sok csigafaj lefolyik (például minden szárazföldi csiga). A talált kerti csigák októberben hibernálnak, és ez április elejéig tart. Hosszú előkészítő időszak után, amely során felhalmozódnak szervezetükben a szükséges tápanyagok, a csigák odúkat találnak vagy ásnak ki, hogy több egyed együtt telelhessen át mélyen a föld alatt, ahol a hőmérséklet 7-8 °C között lesz. Miután jól eltömítették a nerceket, a csigák leereszkednek a fenékre, és felnyíló héjjal fekszenek. Ezután bezárják ezt a lyukat, így nyálkás anyag szabadul fel, amely hamarosan megkeményedik és rugalmassá (filmszerűvé) válik. Jelentős hidegcsapással és a szervezet tápanyaghiányával a csigák még mélyebbre fúródnak a talajba, és újabb filmréteget képeznek, így légkamrák jönnek létre, amelyek kiváló szigetelő szerepet töltenek be. Megállapítást nyert, hogy a hosszú telelési időszak alatt a csigák súlyuk több mint 20%-át veszítik, a legnagyobb veszteség az első 25-30 napban következik be. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy minden anyagcsere-folyamat fokozatosan elhalványul, hogy elérje azt a minimumot, amelynél az állat szinte a felfüggesztett animáció állapotába esik, alig észrevehető életfunkciókkal. A hibernáció alatt a csiga nem táplálkozik, a légzés szinte leáll. Tavasszal, amikor az első meleg napok a talaj hőmérséklete pedig eléri a 8-10°C-ot, amikor a növényzet fejlődésnek indul, és leesnek az első esők, a csigák kikúsznak téli menhelyükről. Ezután intenzív tevékenység kezdődik, hogy helyreállítsa a kimerült tápláléktartalékokat a szervezetben; ez a szervezetükhöz képest hatalmas mennyiségű táplálék felszívódásában fejeződik ki.
A vízi csigák, a tócsigák is hibernált állapotba kerülnek - legtöbbjük a tározó alján lévő iszapba fúródik, amelyben él.
Hol hibernálnak a rákok?
Mindenki ismeri a nép körében népszerű fenyegetést: "Megmutatom hol hibernálnak a rák!". Úgy tartják, ez a közmondás a jobbágyság idején jelent meg, amikor a földbirtokosok megbüntették a vétkes jobbágyokat télen rákot fogni. Közben ismert, hogy ez szinte lehetetlen, mivel a rákok áttelelnek, mélyen eltemetve a tározók alján lévő lyukakba.
A taxonómia szempontjából a rákfélék osztálya két alosztályra oszlik - magasabb és alsó rákfélékre.
A magasabban fekvő rákfélék közül a folyami, mocsári és tavi rákok hibernált állapotba kerülnek. A hímek csoportosan, alul mély gödrökben, a nőstények pedig egyedül a nercekben hibernálnak, és novemberben rövid lábukra ragasztanak megtermékenyített petéket, amelyekből hangyanagyságú rákfélék csak júniusban kelnek ki.
Az alsó rákfélék közül a vízibolhák (Daphnia nemzetség) érdekesek. A körülményektől függően kétféle tojást tojnak - nyári és téli. A téli tojások erős héjúak, és kedvezőtlen életkörülmények esetén jönnek létre. Egyes alsóbbrendű rákfélék esetében a tojások kiszáradása, sőt lefagyása is előfordulhat szükséges feltétel hogy folytassák fejlődésüket.
Diapause rovarokban
A fajok számát tekintve a rovarok minden más osztályt felülmúlnak. Testhőmérsékletük attól függ környezet, amely erősen befolyásolja a létfontosságú hatások sebességét, és az alacsony hőmérséklet jelentősen csökkenti ezt a sebességet. Negatív hőmérsékleten a rovar teljes fejlődése lelassul vagy gyakorlatilag leáll. Ez a „diapauza” néven ismert anabiotikus állapot a fejlődési folyamatok visszafordítható leállása, és külső tényezők okozzák. A diapauza akkor következik be, amikor a körülmények kedvezőtlenek az élethez, és egész télen át tart, amíg a tavasz beköszöntével a körülmények kedvezőbbé nem válnak.
A téli szezon kezdete különböző típusok rovarok fejlődésük különböző szakaszaiban, amelyekben hibernálnak - tojások, lárvák, bábok vagy kifejlett alakok formájában, de általában minden egyes faj egy bizonyos fejlődési szakaszban diapauzába esik. Tehát például hétpontos katicabogár felnőttként telel.
Jellemző, hogy a rovarok telelését szervezetük bizonyos élettani előkészítése előzi meg, ami abból áll, hogy szöveteikben felhalmozódik a szabad glicerin, ami nem teszi lehetővé a fagyást. Ez a rovar fejlődési szakaszában történik, amelyben áttelelnek.
A rovarok még az őszi megfázás első jeleinek megjelenésekor is kényelmes menedéket találnak (kövek alatt, fák kérge alatt, lehullott levelek alatt, a talajban lévő odúkban stb.), ahol havazás után a hőmérséklet emelkedik. közepesen alacsony és egyenletes.
A rovarok diapauza időtartama közvetlenül összefügg a test zsírtartalékaival. A méhek nem esnek hosszú szünetbe, de még 0-6 °C hőmérsékleten elzsibbadnak, és 7-8 napig maradhatnak ebben az állapotban. Alacsonyabb hőmérsékleten elpusztulnak.
Az is érdekes, hogy a rovarok hogyan határozzák meg pontosan azt a pillanatot, amikor ki kell lépniük az anabiotikus állapotból. A tudós N.I. Kalabukhov az anabiózist tanulmányozta néhány lepkefajnál. Megállapította, hogy a diapauza időtartama fajonként eltérő. Például a pávalepke 166 napig volt felfüggesztett animációban 5,9 ° C-os hőmérsékleten, míg a selyemhernyónak 193 napig volt szüksége 8,6 ° C-os hőmérsékleten. A tudós szerint még a földrajzi területen belüli különbségek is befolyásolják a diapauza időtartamát.
A halak hibernálnak?
Különös módon a nagy halosztály egyes fajai télen alkalmazkodnak az alacsony vízhőmérséklethez. A halak normál testhőmérséklete nem állandó, és megfelel a víz hőmérsékletének. A víz hőmérsékletének hirtelen hirtelen csökkenésével a hal sokkos állapotba kerül. Elég azonban, ha a víz felmelegszik, és gyorsan „életre kelnek”. Kísérletek kimutatták, hogy a fagyasztott halak csak akkor kelnek életre, ha az ereik nincsenek fagyva.
Eredetileg az alacsony vízhőmérséklethez télen alkalmazkodtak, néhány északi-sarki vizekben élő hal: megváltoztatják vérösszetételüket. A vízhőmérséklet őszi csökkenésével a sók a tengervízre jellemző koncentrációban halmozódnak fel a vérükben, és ezzel együtt a vér nagy nehezen megfagy (egyfajta fagyálló).
Tól től édesvízi hal még novemberben a ponty, a sügér, a süllő, a harcsa és mások téli álomba merülnek. Amikor a víz hőmérséklete 8-10°C alá süllyed, ezek a halak a tározók mélyebb részeire költöznek, nagy csoportokban befurakodnak az iszapba, és egész télen át hibernált állapotban maradnak.
Néhány tengeri hal hibernált állapotban is elviselik a súlyos hideget. Így például a hering már ősszel megközelíti a Jeges-tenger partját, hogy egy kis öböl alján hibernált állapotba kerüljön. A fekete-tengeri szardella a tenger déli régióiban is telel - Grúzia partjainál, jelenleg nem aktív és nem fogyaszt táplálékot. Az azovi szardella pedig a téli időszak kezdete előtt a Fekete-tengerbe vándorol, ahol viszonylag ülő állapotban csoportokba gyűlik.
A halak hibernálását rendkívül korlátozott aktivitásuk, a táplálkozás teljes leállása és az anyagcsere éles csökkenése jellemzi. Ilyenkor szervezetüket az őszi bőséges táplálkozás miatt felhalmozott tápanyagtartalékok tartják fenn.
kétéltűek hibernációja
Életmódját és felépítését tekintve a kétéltűek osztálya átmeneti a jellemzően vízi gerincesek és a tipikusan szárazföldi állatok között. Ismeretes, hogy különböző fajták a békák, gőték, szalamandrák is kábultan töltik a kedvezőtlen téli időszakot, mivel ezek instabil testhőmérsékletű állatok, ami a környezeti hőmérséklettől függ.
Megállapították, hogy a békák hibernációja 130-230 napig tart, és időtartama a tél időtartamától függ.
A tározókban az áttelelés érdekében a békák 10-20 egyedből álló csoportokba gyűlnek, befurakodnak iszapba, víz alatti mélyedésekbe és egyéb üregekbe. A hibernáció során a békák csak a bőrükön keresztül lélegeznek.
Télen a gőték általában meleg, korhadt tuskók és kidőlt fák törzse alatt fészkelnek. Ha nem találnak ilyen kényelmes "lakásokat" a közelben, elégedettek a talaj repedéseivel.
A hüllők is hibernálnak
A hüllők osztályából faunánk szinte minden faja télen hibernált állapotba kerül. Alacsony téli hőmérsékletek ennek a jelenségnek a fő oka.
A téli szállások általában földalatti barlangok vagy üregek, amelyek korhadt gyökerű, nagy, régi tuskók körül, sziklák hasadékai és más olyan helyek körül alakulnak ki, amelyekhez ellenségeik nem férhetnek hozzá. Az ilyen menedékhelyeken nagyszámú kígyó gyűlik össze, hatalmas kígyótekercseket alkotva. Megállapítást nyert, hogy a kígyók hőmérséklete a hibernáció alatt szinte nem tér el a környezeti hőmérséklettől.
A legtöbb gyíkfaj (réti, csíkos, zöld, erdei, orsó) is telel, befurakodik a talajba, olyan odúkba, amelyeket nem fenyeget az árvíz. A téli meleg, napsütéses napokon a gyíkok „ébren ébredhetnek”, és több órára kikúsznak a téli menedékhelyükről vadászni, majd ismét elbújnak odúikban, és elborult állapotba kerülnek.
A mocsári teknősök a telet azon tározók iszapjába fúrva töltik, amelyekben élnek, míg a szárazföldi teknősök 0,5 m mélységig a talajba másznak be vakondok, rókák, rágcsálók természetes menedékébe vagy lyukába, tőzeggel, mohával és nedves levelek.
A telelésre való felkészülés októberben kezdődik, amikor a teknősök zsírt halmoznak fel. Tavasszal átmeneti felmelegedéssel felébrednek, néha egész hétre.
Vannak madarak, amelyek télen hibernálnak?
A legtöbb instabil testhőmérsékletű állat, amely a környezettől függ, hibernált állapotba esik. De meglepő módon sok állandó testhőmérsékletű állat, például a madarak, az év kedvezőtlen évszakaiban is hibernálhatnak. Ismeretes, hogy a legtöbb madár vonulással kerüli el a kedvezőtlen téli körülményeket. Már Arisztotelész is többkötetes Az állatok története című művében felhívta a figyelmet arra a tényre, hogy „a madarak egy része elrepül, hogy itt töltse a telet. meleg országok, míg mások különféle menedékhelyeken keresnek menedéket, ahol téli álomba merülnek.”
Erre a következtetésre jutott a nagy svéd természettudós, Karl Linnaeus is, aki „A természet rendszere” című művében ezt írta: „Ősszel, amikor megindul a hideg, a fecskék nem találnak elegendő rovart táplálékhoz, menedéket keresnek a nádas teleléséhez. medrek a tavak és folyók partján.
Az a torpor, amelybe egyes madárfajok beleesnek, egészen más, mint a sok emlősre jellemző hibernáció. Először is, a madarak teste nemcsak hogy nem halmoz fel energiatartalékokat zsír formájában, hanem éppen ellenkezőleg, ezek jelentős részét el is fogyasztja. Míg az emlősök hibernált állapotba kerülnek, miután észrevehetően híztak, a madarak sokat fogynak a kábulat előtt. Ezért a madarak torporjának jelenségét R. Potapov szovjet biológus szerint nem hibernációnak, hanem hipotermiának kell nevezni.
Ez idáig a madarak hipotermiájának mechanizmusa nem teljesen ismert. A madarak kábult állapotába esése kedvezőtlen életkörülmények között adaptív fiziológiai reakció, amely az evolúció folyamatában rögzült.
Milyen emlősök hibernálnak télen?
Ahogy a korábban tárgyalt állatoknál, úgy az emlősöknél is a hibernáció egy biológiai alkalmazkodás a kedvezőtlen évszak túlélése érdekében. Bár az állandó testhőmérsékletű állatok általában elviselik a hideg éghajlatot, a megfelelő téli táplálék hiánya miatt egyesek elsajátítják és az evolúció során fokozatosan megszilárdítják azt a sajátos ösztönt, hogy egy kedvezőtlen téli időszakot inaktív hibernált állapotban töltsenek. .
Háromféle hibernáció létezik a torpor mértékétől függően:
1) enyhe torpor, amely könnyen megáll (mosómedve, borz, medve, mosómedve);
2) teljes kábulat, időszakos ébredéssel csak melegebb téli napokon (hörcsögök, mókusok, denevérek);
3) igazi szüntelen hibernáció, ami egy stabil, hosszan tartó kábulat (ürgék, sün, mormota, jerboa).
Az emlősök téli hibernálását a szervezet bizonyos fiziológiai előkészítése előzi meg. Elsősorban a zsírtartalékok felhalmozódásából áll, főleg a bőr alatt. Vannak, akik télen hibernálnak szubkután zsír eléri a 25%-ot teljes súly test. Például az ürge ősz elején elhízik, testtömegük háromszorosára nő a tavaszi-nyári súlyhoz képest. A hibernáció előtt a sündisznók és a barnamedvék, valamint az összes a denevérek.
Más emlősök, például a hörcsögök és a mókusok, nem halmoznak fel nagy mennyiségű zsírt, hanem a menhelyükön tárolják az élelmet, amelyet a téli rövid ébredési időszakaik során használhatnak fel.
A hibernáció alatt minden emlősfaj mozdulatlanul hever üregében, labdába gömbölyödve. Ezért a legjobb melegen tartani és korlátozni a környezettel való hőcserét. Zimnik apartmanjai sok emlősnek a szárak és a fa üregeinek természetes ürességei.
A rovarevő emlősök közül a hibernálásra készülő sündisznó félreeső helyen mohát, leveleket, szénát gyűjt, és fészket rendez magának. De csak akkor „telepszik le” új otthonában, amikor a hőmérséklet hosszú ideje Előtte a sündisznó bőségesen eszik, hogy zsír formájában energiát halmozzon fel.
A barnamedvék téli hibernálása enyhe kábulat. A természetben nyáron a medve vastag bőr alatti zsírréteget halmoz fel, és közvetlenül a tél beállta előtt letelepszik az odújában, hogy hibernáljon. Általában a odút hó borítja, így bent sokkal melegebb van, mint kint. A hibernáció során a felhalmozott zsírtartalékokat a medve szervezete tápanyagforrásként használja fel, emellett megóvja az állatot a fagytól.
Élettani szempontból az emlősök hibernálását az jellemzi, hogy a szervezet összes létfontosságú funkciója minimálisra gyengül, ami lehetővé tenné számukra, hogy táplálék nélkül túléljék a kedvezőtlen téli körülményeket.
A növényekkel ellentétben az állatok azok heterotrófok. Az úgynevezett organizmusok, amelyek nem képesek létrehozni szerves anyag szervetlenből. A táplálékkal érkező szerves anyagokból hozzák létre a szervezetük számára szükséges szerves anyagokat. Az állatokkal ellentétben a növények szervetlen anyagokból szerves anyagokat képeznek, ehhez a fény energiáját használják fel. De az állatvilágban fény is fontos szerepet játszik. Sok állatnak vannak olyan látószervei, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy eligazodjanak az űrben, megkülönböztessék saját fajuk egyedeit másoktól, táplálékot keressenek, vándorljanak stb. Egyes állatfajok nappal aktívak ( falconiformes, fecskék, zebrák), mások éjszaka ( csótányok, baglyok, sünök).
A legtöbb állatfaj egész évben változó körülmények között él. Tavasszal a nappali órák időtartama fokozatosan növekszik, az ősz közeledtével pedig csökkenni kezd. A nappali órák hosszának változásaira reagálva az állatok előre felkészülhetnek a természetben bekövetkező változásokra. Az élőlények válaszát a nappali órák változásaira ún fotoperiodizmus.
Egy másik fontos tényező élettelen természet amely befolyásolja az élőlények létfontosságú tevékenységét hőfok. Nál nél hidegvérű állatok (gerinctelenek, hal, kétéltűek, hüllők) a testhőmérséklet a környezeti hőmérséklettől függ. Alacsony hőmérsékleten kábult állapotba kerülnek.
melegvérű állatok (madarak, emlősök) képesek a testhőmérsékletet a környezet változásaitól függetlenül többé-kevésbé állandó szinten tartani. Ehhez sok energiát kell költeniük. Ezért télen szembesülnek az élelemkeresés akut problémájával.
Az alacsony hőmérsékleten élő állatokat nevezzük hideget szerető (pingvinek, jegesmedve , mélytengeri halak satöbbi.). Ezeknek az állatoknak jól fejlett szőrük vagy tollazatuk, bőr alatti zsírrétegük van stb.
A magas hőmérsékleten élő fajokat ún termofil (köves korallok, antilopok, vízilovak, mint egy madárijesztő satöbbi.) (276. ábra, 4-6). Sok faj képes megélni időszakos hőmérsékletváltozások körülményeit. Felhívták őket hidegálló (farkasok, rókák, kapucni satöbbi.) .
Egy másik környezeti tényező, amely fontos szerepet játszik az állatok életében, az páratartalom . Számos állat teste 50-60% vizet tartalmaz, a medúza teste pedig akár 98%. A víz biztosítja az anyagok szállítását a szervezetben, részt vesz azok kémiai átalakulásában, a testhőmérséklet szabályozásában, az anyagcsere végtermékeinek kiválasztásában stb. Az állatok között vannak nedvességkedvelő, szárazságtűrőÉs szárazon szerető. NAK NEK nedvességkedvelő ide tartoznak azok az állatfajok, amelyek csak magas páratartalmú körülmények között élhetnek (pl. fatetű, földigiliszták , kétéltűek). Velük ellentétben szárazon szerető fajok (szent szkarabeusz bogár, sivatagi kilátás kígyóÉs gyíkok stb.) képesek hatékonyan megtartani a vizet a szervezetükben. Ez lehetőséget ad számukra, hogy száraz sztyeppéken és sivatagokban éljenek. Sok állatfaj az szárazságtűrő: képesek túlélni bizonyos aszályos időszakokat (sok faj Zsukov, hüllők, emlősök satöbbi.).
A bent élő állatok számára vízi környezet, fontos a víz só összetétele. Egyes protozoonok, rákfélék, halak csak édesvízben élhetnek, mások - csak a tengerekben. anyag az oldalról
Az állatok hosszú ideig tartó, kedvezőtlen körülmények között szerzett tapasztalatai. Az állatok különböző módon élik meg a kedvezőtlen körülmények időszakait. Például télen egyes állatfajok hibernálnak ( barna medve, sündisznó, borz stb.). Ez lehetővé teszi számukra, hogy csökkentsék energiafelhasználásukat, amikor szűkös az élelmiszer. A sivatagi lakosok számára a téli álom nyáron, a száraz évszakban fordulhat elő. Az egysejtű állatok a ciszták stádiumában kedvezőtlen körülményeket viselnek el. Sok gerinctelen túléli a kedvezőtlen körülményeket a tojás állapotában (a rákfélék között - sáncok, sok rovar).
Között élettelen tényezők az állatokra gyakorolt legnagyobb hatást a következők fejtik ki:
- fény;
- hőfok;
- páratartalom;
- a víz só összetétele.
Ezen az oldalon a következő témákban található anyagok:
Élőhelyi tényezők az élettelen természet számára
Milyen élettelen természeti tényező hat a fenyőre
Kedvezőtlen természeti adottságok
Különböző tényezők hatása a biológiai természetű második világháborúra
Hogyan hatnak az állatok az élettelen természetre
Kérdések ezzel az elemmel kapcsolatban:
Az évszakok változása mérsékelt öv jár jelentős változásokat a természet életében, elsősorban a hőmérséklet változásaihoz kapcsolódik. A növények és állatok alkalmazkodása a külső körülmények változásaihoz kapcsolódik különböző alakúés megnyilvánulásai: emlősökben vastag aljszőrzet nő, vándormadarak megváltoztatják élőhelyüket, a többi madarat pehely borítja, ami rossz hővezető, és télen megvédi az állatokat a hipotermiától.
Felkészülés a télre
A nyár közepén számos növényfaj növekedése leáll, a virágzó növények száma csökken, a madárköltés megszűnik. Megkezdődik a gyümölcsök és magvak érése; készülődni a télre.
A növények tartalék tápanyagokat halmoznak fel az áttelelő szervekben: gyökerekben, rizómákban, hagymákban, gumókban.
A rovarokban a zsír speciális szervekben - zsírtestekben - halmozódik fel. A zsír számos emlős bőr alatti szövetében is lerakódik. Ősszel a madarak és az emlősök vedlenek. A levelek lehullanak a fákról és cserjékről.
A mély pihenés állapota
Számos élőlényfaj képes túlélni a kedvezőtlen körülményeket (magas vagy nagyon alacsony hőmérséklet, csökkent páratartalom, táplálékhiány stb.) mély nyugalmi állapotban. Jellemzője az élettani folyamatok csökkenése, a gázcsere lelassulása, a táplálkozás megszűnése és az állatok mozdulatlansága.
A hőmérséklet, amely ezt az állapotot okozza, a különböző fajok esetében eltérő. Egyes rovarok, halak és kétéltűek esetében a mély nyugalom már akkor következik be, amikor a hőmérséklet + 15 ° C-ra esik, másokban - + 10 ° C-on, másokban - csak 0 ° C-hoz közeli hőmérsékleten.
Különböző növényfajokban különböző szervek élik át a téli nyugalmi állapotot. A hagymás növényekben - hagymákban, páfrányokban és számos másban - rizómák, édes borsóban - föld alatti gumók, bogáncsban - a talajhoz nyomott levélrozetták, a legtöbb növényben - magvak.
A gerinctelenek a fejlődés különböző szakaszaiban telelhetnek át. Így a közönséges maláriás szúnyog kifejlett rovarstádiumú, a tavaszi szúnyog lárva állapotú, az üreges szúnyog tojásos állapotú, a káposztamoly pedig bábállapotú.
Ősszel és télen a növények és rovarok jobban megszokják a hideget, és jobban ellenállnak a hidegnek alacsony hőmérsékletek. Ezt keményedésnek nevezik.
Állatok és növények anabiózisa
A felfüggesztett animáció állapotában lévő élőlények különleges ellenállást mutatnak a kedvezőtlen körülményekkel szemben. Az anabiózis során az életfolyamatok átmenetileg leállnak, vagy annyira lelassulnak, hogy az életnek nincs látható megnyilvánulása.
A virágos növényekben az anabiózis állapota beletartozik a normál életciklusba. A szárított magok sok évig életképesek maradnak. Számos gerinctelen állatnál (protozoonok, alsó rákfélék, forgófélék) az anabiózis akkor fordul elő, amikor a tócsák és mocsarak, amelyekben élnek, kiszáradnak.
Más gerinctelenek lefagyva felfüggesztett animációba kerülnek. A protozoonok, egyes ízeltlábúak (daphnia, küklopsz, rovarok) jéggé fagyhatnak.
Speciálisan tervezett kísérletekben a lepkehernyók -7,9°C-on, a hengeresférgek -183°C-on túlélték a fagyást. A moha- és páfrányspórákat, valamint a kalászos magvakat szárítás után -272°C-os hőmérsékletnek tették ki, és megtartották csírázásukat.
Megállapítást nyert, hogy a felfüggesztett animáció állapotából az aktív élethez való visszatérés csak akkor lehetséges, ha a szövetfolyadék nem képez kristályokat, hanem túlhűtött állapotban marad. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a szövetekben glicerin képződik, ami megakadályozza a fagyást.
A hibernáció élettana
Az emlősöknél fellépő anyagcsere-csökkenés hibernáció formájában nyilvánul meg. Megjelenésének oka a hőmérséklet csökkenése, valamint a táplálékhiány télen és nyáron, amikor a sztyepp és a sivatag növényzete kiég a hőtől.
Hörcsögök, mókusok, denevérek, sündisznók, bizonyos típusú ürgék bedőlnek a télbe hibernálás. Más ürgefajoknál, aesztiváció, általában a nyár száraz felében. A hibernálás során az aktív hőszabályozás csökken, a testhőmérséklet szinte a környezeti hőmérsékletre csökken, és minden funkció lelassul. Pulzusszám at denevérek például percenként 420-ról 16-ra csökken.
Egyes emlősöknél - medvéknél, borzoknál, mosómedve kutyáknál, mókusoknál - előfordul a téli alvás, mely során az anyagcsere is jelentősen lelassul, de a testhőmérséklet nem csökken.
Speciális szerelvények
Az életciklus befejezéséhez néhány növénynek, rovarnak és számos más szervezetnek le kell hűlnie, és át kell mennie a téli nyugalmi szakaszokon. Ebben az időben bizonyos élettani folyamatok zajlanak, amelyek felkészítik a szervezetet egy új aktív életre.
Az anyatermészet nagyon makacs. Mindig igyekszik legyőzni a bolygónk könyörtelen erői által teremtett zord körülményeket, és ilyen szélsőséges körülmények között mutatkozik meg a természeti világ találékonysága teljes dicsőségében. Az esetek túlnyomó többségében a természet okosabbnak tűnik bármely tudósnál, és olyan túlélési módokat talál ki, amelyek inspirációként szolgálhatnak az ember azon vágyához, hogy leküzdje a zord körülményeket. Az alábbiakban tíz példa látható az állatok extrém hőmérsékletekhez és egyéb kedvezőtlen körülményekhez való csodálatos alkalmazkodására:
10 sarkvidéki hal
A halak poikiloterm organizmusok, vagy egyszerűbben hidegvérű állatok, ami azt jelenti, hogy minél alacsonyabb az őket körülvevő tér hőmérséklete, annál nehezebben tudják fenntartani anyagcsere-funkcióikat. Sőt, a hőmérséklet csökkenésével jégkristályok képződnek testük sejtjeiben, és így az állat helyrehozhatatlan károkat szenvedhet, ami végül a halálához vezet. Míg azonban a sarkvidéki halaknak nincs meg az a luxus, hogy saját hőt termeljenek, ahogy a fókák és egyéb testek sem tengeri emlősök akik ugyanabban a jeges vízben élnek, úgy tűnik, hogy boldogulnak, és hogy ez hogyan sikerül nekik, az sokáig zavarta a tudósokat.
A magyarázatot ben találták meg utóbbi évek amikor felfedeztek egy fagyálló fehérjét, amely megakadályozza a jégkristályok képződését a vérükben. Ennek a fehérjének a működését azonban csak három évvel ezelőtt fedezték fel a Volkswagen (igen, egy autógyártó) tanulmányában. A fehérje megakadályozza a jégképződést a körülötte lévő molekulákban, és így lehetővé teszi a sejtek számára, hogy folytassák saját tevékenységüket életciklus. Ez a jelenség annak köszönhető, hogy a fehérje lelassítja a vízmolekulákat, amelyek általában a tánchoz hasonlóan folyamatos mozgásban vannak. Ez megakadályozza a kötések kialakulását és felbomlását, amelyek a jég kialakulásához szükségesek. Hasonló fehérjét több olyan bogárfajban is találtak, amelyek nagy magasságban vagy az északi sarkkör közelében élnek.
9. Lefagyasztás a túlélésért
A sarkvidéki halak elkerülik a fagyást, de más állatok teljesen megfagytak, hogy túléljék a hideg évszakot. Bármilyen paradoxon is hangzik, de több béka- és teknősfaj szinte teljesen megfagy, és az egész telet ebben az állapotban tölti. Érdekes, hogy szilárd állapotba fagynak, és ha egy ilyen fagyott, de életben lévő békát kidobunk az ablakon, az azonnal eltörik, mintha jégdarab ütné. Aztán a békák csodálatosan tavasszal olvad vissza élénk állapotba. A téli túlélés eme kiemelkedő módja annak köszönhető, hogy a karbamid és a glükóz (amely a máj glikogénjének fagyás előtti átalakulásából képződik) korlátozza a jég mennyiségét és csökkenti a sejtek ozmotikus zsugorodását, ami egyébként az állat haláláig. Más szóval, a cukor lehetővé teszi a béka túlélését. Ellenállóképességüknek azonban van egy határa: bár fagyott állapotban teljesen szilárdan néznek ki, az állatok nem biztos, hogy túlélik, ha testük vizének több mint 65 százaléka megfagy.
8. Kémiai hő
Még mindig a hidegvérű állatok világában járunk. A legtöbben a fizika órán megtanulták, hogy minél kisebb egy tárgy, annál nehezebben tartja meg a hőt. Ráadásul tudjuk, hogy a hidegvérű állatok meglehetősen letargikusak, és csak rövid energiakitörésekre képesek. A rovarok azonban, annak ellenére, hogy poikilotermikus lények, nagyon aktívak, és energiájukat úgy nyerik el, hogy kémiai és mechanikai eszközökkel testhőt állítanak elő, általában gyors és állandó izommozgások révén. Párhuzamot vonhatunk a rovarok és a dízelmotor beindítás előtti téli bemelegítése között. Ezt nemcsak a repülés fenntartásához szükséges energia előállítása érdekében teszik, hanem azért is, hogy télen megvédjék magukat a hidegtől, például a méhek kupacba gyűlnek és dideregnek, hogy ne fagyjanak meg.
7. Encystation
A protozoonok, a baktériumok és a spórák, valamint egyes fonálférgek encystationt használnak (ami a felfüggesztett animáció állapotába lépés, és a külvilág szilárd sejtfallal), hogy hosszú ideig ellenálljanak a kedvezőtlen körülményeknek. Nagyon hosszú ideig.
Valójában ez az oka annak, hogy az encystation a természeti világ egyik legfigyelemreméltóbb vívmánya: a tudósoknak sikerült életre kelteni a több millió éves baktériumokat és spórákat – amelyek közül a legrégebbi körülbelül 250 millió éves volt (igen, régebbi volt a dinoszauruszoknál). Az Encystation lehet az egyetlen út Park jura valósággá válhat. Másrészt képzeljük el, mi történne, ha a tudósok újraélesztenének egy vírust emberi test nincs védelem...
6. Természetes radiátorok
A hűvös tartás gondot okoz a trópusi területeken, különösen, ha nagyobb vagy energikusabb állatokról van szó. A természetes radiátorok hatékony módszer csökkenti a testhőmérsékletet: például az elefántok és a nyulak füle tele van erekkel, és segít az állatoknak lehűteni testüket a hőségben. A sarkvidékeken élő nyulaknak sokkal kisebb fülük van, mint a gyapjas mamutoknak, a természet kicsinyítette fülüket, hogy megvédje őket a hidegtől. Radiátorokat a történelem előtti világban is találtak, olyan állatoknál, mint például a Dimetrodon, amelyekben éltek permi vagy egyes tudósok szerint a stegosaurusok családjába tartozó dinoszauruszokban, amelyek lemezeit edényekkel telítették a hőátadás megkönnyítése érdekében.
5. Megathermia
Túl sok nagy méretű hátrányt jelenthet a trópusi területeken élő lények számára, mivel folyamatosan csökkenteni kell testhőmérsékletüket. Hideg vizekben azonban a nagy hidegvérű lények virágozhatnak és meglehetősen energikusak lehetnek. Ennek előfeltétele a méret: a megatermia az a képesség, hogy a testtömegből hőt termelnek, ez a jelenség a bőrtermékekben található. tengeri teknősök(a világ legnagyobb teknősbékái), vagy nagy cápák, például nagy cápák fehér cápa vagy makócápa. A testhőmérséklet ilyen emelkedése lehetővé teszi, hogy ezek a lények meglehetősen energikusak legyenek a hideg vizekben – mi több, a tengeri bőrhátú teknősök a leggyorsabb hüllők a Földön, akár 32 kilométeres óránkénti sebességet is képesek elérni egy rövid csapással.
4. A vér tulajdonságainak megváltoztatása
A szélsőséges körülmények közötti túlélés érdekében egyes állatok különböző típusú vérösszetételt alakítottak ki: például Ázsiában a sperma bálna és a hegyi lúd. Mindkét fajnak megvan az a furcsa képessége, hogy sokkal több oxigént tárol a vérsejtjeiben, mint más állatok. Különböző okok miatt azonban szükségük van rá: a sperma bálnának hosszú ideig vissza kell tartania a lélegzetét, mert belemerül nagy mélységélelmet keresve. A hegyi libának erőteljes repülést kell fenntartania a Himalája hegylánca felett, és azokon a magasságokon, ahol repül, nagyon kevés oxigén van a levegőben.
3. Légzési adaptáció
A trópusi és egyenlítői régiókban az évszakok változása sok állat számára katasztrofális lehet. Az esős évszak gyakori árvizeket jelenthet, amelyekben sok szárazföldi állat veszíti életét, míg a száraz évszak azt jelenti, hogy nincs víz, ami természetesen mindenki számára rossz. Az állatok között a természet mindent megtett, hogy túlélje a levegőt. Sokan hallottunk már róla tüdőhal, a tüdőhal szuperrendbe tartozó , amely nyálkahártya-zacskót hoz létre, hogy megvédje magát a szárazságtól, de egyes harcsa- és angolnafajták nemcsak levegőt szívnak, hanem szárazföldön is képesek közlekedni a víztestek között. Ezek a halak nem a tüdejükön vagy kopoltyukon keresztül képesek oxigénhez jutni a levegőből, hanem a beleik speciális területeinek felhasználásával.
2. Élet a pokolban
Felfedezésük óta a hidrotermikus szellőzőnyílások számos elméletet megcáfoltak, amelyeket a tudósok a mélytengerekkel kapcsolatban felállítottak. tengeri élet. A szellőzőnyílásokat körülvevő víz hőmérséklete meghaladja a forráspontot, de a víz nagy nyomása ezekben a mélységekben megakadályozza a buborékok képződését. A hidrotermikus szellőzők folyamatosan hidrogén-szulfidot bocsátanak ki, amely rendkívül mérgező a legtöbb életforma számára. Azonban ezeket a pokollyukakat gyakran különféle természetes organizmusok kolóniái veszik körül, amelyek többsége láthatóan egy mérgező, napfény nélküli világban virágzik. Ezeknek a lényeknek sikerült megbirkózniuk a napfény hiányával (amiről tudjuk, hogy a legtöbb életforma fontos része, mivel beindítja a D-vitamin szintézisét) és a hihetetlenül magas hőmérsékletet. Tekintettel arra, hogy a szellőzőnyílások körül élő mélytengeri lények közül sok meglehetősen primitív evolúciós szempontból, a tudósok jelenleg azt próbálják kitalálni, hogy ezek a nyílások voltak-e a valódi feltételek az élet keletkezéséhez, amely először körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelent meg. .
1. Bátor gyarmatosítás
Érdemes megjegyezni, hogy ennek a listánk elemnek még mindig nincs alapos tudományos magyarázata: egy Nicaraguában honos papagájfaj, a mexikói Aratinga holochlora fészkel a Masaya vulkán kráterében. A nehezen megmagyarázható rész az, hogy a kráter folyamatosan kéntartalmú gázokat bocsát ki, amelyek meglehetősen halálosak. A tudósok számára máig rejtély, hogy ezek a papagájok hogyan tudnak fészkelni olyan környezetben, amely perceken belül könnyen megölhet embereket és más állatokat, és ez bizonyítja, hogy az anyatermészet a terek meghódítása iránti eltökéltségében semmiféle akadálytól nem riad vissza. Míg a mélytengeri szellőzőnyílások közelében élő állatvilág több millió éves evolúció alatt alkalmazkodott az ilyen körülmények közötti élethez, addig a Masaya vulkán kráterének zöld papagájjai az evolúció szempontjából egészen a közelmúltban kezdték ezt az életmódot felvenni. Az ilyen merész fajok tanulmányozásával jobban megérthetjük, hogyan működik az univerzum csodája, az evolúció, ahogy Charles Darwin a Beagle fedélzetén tett utazása során a Galápagos-szigetekről származó pintyeket figyelte.
Alkalmazkodás- ez a test alkalmazkodása a környezeti feltételekhez a morfológiai, fiziológiai és viselkedési jellemzők együttese miatt.
Különböző élőlények alkalmazkodnak a különböző környezeti feltételekhez, és ennek eredményeként nedvességkedvelőek hidrofitákés "száraztartók" - xerofiták(6. ábra); szikes talajú növények halofiták; árnyéktűrő növények sciofiták), és ehhez szükséges normális fejlődés teljes napfény ( heliofiták); a sivatagokban, sztyeppékben, erdőkben vagy mocsarakban élő állatok éjszakai vagy nappali életűek. A környezeti viszonyokhoz hasonló hozzáállású (vagyis azonos ökotópokban élő) fajcsoportokat nevezzük környezetvédő csoportok.
A növények és állatok kedvezőtlen körülményeihez való alkalmazkodás képessége eltérő. Az állatok mozgékonysága miatt alkalmazkodásaik változatosabbak, mint a növényeké. Az állatok képesek:
- kerülje a kedvezőtlen körülményeket (a téli éhezés és hideg miatti madarak elrepülnek melegebb éghajlat, szarvas és más patás állatok kóborolnak élelmet keresve stb.);
- felfüggesztett animációba esés - átmeneti állapot, amelyben az életfolyamatok annyira lelassulnak, hogy látható megnyilvánulásaik szinte teljesen hiányoznak (rovarok kábulása, gerincesek hibernációja stb.);
- alkalmazkodni a kedvezőtlen körülmények közötti élethez (bunda és bőr alatti zsír megóvja őket a fagytól, a sivatagi állatok gazdaságos víz- és hűtési eszközökkel rendelkeznek stb.). (7. ábra).
A növények inaktívak és ragaszkodó életmódot folytatnak. Ezért számukra csak az adaptáció utolsó két változata lehetséges. Így a növényeket a létfontosságú folyamatok intenzitásának csökkenése jellemzi a kedvezőtlen időszakokban: lehullatják leveleiket, a talajba temetett alvó szervek - hagymák, rizómák, gumók - formájában telelnek át, és magvak és spórák formájában maradnak. a talajban. A mohafélékben az egész növény képes anabiózisra, amely száraz állapotban több évig is fennmaradhat.
A növények kedvezőtlen tényezőkkel szembeni ellenálló képessége speciális fiziológiai mechanizmusoknak köszönhető: a sejtek ozmotikus nyomásának változása, a párolgási intenzitás szabályozása sztómák segítségével, "szűrő" membránok használata az anyagok szelektív felszívódására stb.
Az adaptációkat a különböző szervezetekben fejlesztik különböző sebességgel. Leggyorsabban azokban a rovarokban fordulnak elő, amelyek 10-20 generáció alatt képesek alkalmazkodni egy új rovarirtó hatásához, ami megmagyarázza a rovarkártevő populációsűrűség kémiai védekezésének kudarcát. A növények vagy madarak alkalmazkodásának folyamata lassan, évszázadok alatt megy végbe.
Az élőlények viselkedésében megfigyelt változások általában olyan rejtett tulajdonságokhoz kötődnek, amelyek mintegy "tartalékban" voltak, de új tényezők hatására megjelentek, és növelték a fajok ellenálló képességét. Ilyen rejtett tulajdonságok magyarázzák egyes fafajok (nyárfa, vörösfenyő, fűz) és egyes gyomfajok herbicidek hatásával szembeni ellenállását.
Egyazon ökológiai csoport összetétele gyakran tartalmaz olyan organizmusokat, amelyek nem hasonlítanak egymáshoz. Ez annak köszönhető, hogy a különböző típusú élőlények eltérően tudnak alkalmazkodni ugyanahhoz a környezeti tényezőhöz.
Például másképp élik meg a hideget melegvérű(felhívták őket endoterm, a görög endon - belső és terme - hő szavakból) és hidegvérű (ektoterm, a görög ectos - kívülről) élőlények. (8. ábra.)
Az endoterm organizmusok testhőmérséklete nem függ a környezeti hőmérséklettől, és többé-kevésbé állandó, ingadozása nem haladja meg a 2-4 súlyos fagyokés a legintenzívebb hőség. Ezek az állatok (madarak és emlősök) intenzív anyagcserén alapuló belső hőtermeléssel tartják fenn testhőmérsékletüket. Testük melegét a tollból, gyapjúból stb. készült meleg „bundák” rovására tartják.
A fiziológiai és morfológiai alkalmazkodást kiegészíti az alkalmazkodó magatartás (szélvédett szállások kiválasztása éjszakára, odúk és fészkek építése, csoportos szállás rágcsálókkal, egymáshoz közeli pingvincsoportok melegítése stb.). Ha a környezeti hőmérséklet nagyon magas, akkor az endoterm organizmusokat speciális adaptációkkal hűtik le, például a nedvesség elpárologtatásával a szájüreg és a felső légutak nyálkahártyájának felületéről. (Emiatt a melegben a kutya légzése felgyorsul, és kinyújtja a nyelvét.)
Az ektoterm állatok testhőmérséklete és mobilitása a környezeti hőmérséklettől függ. A rovarok és gyíkok hűvös időben letargikussá és inaktívvá válnak. Ugyanakkor számos állatfaj képes olyan helyet választani, ahol a hőmérséklet, a páratartalom és a napfény kedvező feltételeket biztosít (a gyíkok megvilágított sziklalapokon sütkéreznek).
Abszolút ektotermia azonban csak nagyon kis szervezetekben figyelhető meg. A legtöbb hidegvérű szervezet még mindig képes rosszul szabályozni a testhőmérsékletet. Például az aktívan repülő rovarokban - pillangókban, poszméhekben a testhőmérsékletet 36–40 ° C-on tartják még 10 ° C alatti levegő hőmérsékleten is.
Hasonlóképpen, a növények azonos ökológiai csoportjába tartozó fajok megjelenésükben különböznek. Ugyanazokhoz a környezeti feltételekhez is képesek alkalmazkodni különböző utak. Tehát a különböző típusú xerofiták különböző módon takarítanak meg vizet: némelyiknek vastag sejtmembránja van, másoknak serdülő vagy viaszos bevonat van a leveleken. Egyes xerofiták (például a szeméremajkak családjából) illóolaj gőzöket bocsátanak ki, amelyek „takaróként” burkolják be őket, ami csökkenti a párolgást. gyökérrendszer egyes xerofitákban erőteljes, több méter mélységig behatol a talajba és eléri a talajvíz szintjét (tevetövis), máshol felületes, de erősen elágazó, ami lehetővé teszi a csapadékvíz összegyűjtését.
A xerofiták között vannak nagyon apró, kemény levelű cserjék, amelyek a legszárazabb évszakban is kivehetők (caragana cserje sztyeppén, sivatagi cserjék), keskeny levelű gyepfű (tollfű, csenkesz), pozsgás növények(a latin succulentus - lédús). A pozsgás növények zamatos levelei vagy szárai vizet tárolnak és könnyen tolerálják magas hőmérsékletek levegő. A pozsgás növények közé tartozik az amerikai kaktuszok és a közép-ázsiai sivatagokban termő szaxaul. A fotoszintézis speciális típusa van: rövid ideig és csak éjszaka nyíló sztómák, ezekben a hűvös órákban a növények szén-dioxidot tárolnak, nappal pedig zárt sztómákkal fotoszintézisre használják fel. (9. ábra.)
A halofitákban is megfigyelhető a sokféle alkalmazkodás a szikes talajokon történő kedvezőtlen körülmények túlélésére. Vannak köztük olyan növények, amelyek képesek sókat felhalmozni a szervezetükben (szolerosz, svéd, sarsazan), speciális mirigyekkel (kermek, tamarik) a levelek felszínén felesleges sókat kiválasztani, szöveteikből a sókat „tartani” a sókat át nem eresztő „gyökérgát” (üröm). Ez utóbbi esetben a növényeknek meg kell elégedniük kis mennyiségű vízzel, és xerofitáknak kell lenniük.
Emiatt nem kell csodálkozni azon, hogy azonos körülmények között vannak egymástól eltérő növények és állatok, amelyek eltérő módon alkalmazkodtak ezekhez a feltételekhez.
1. Mi az alkalmazkodás?
2. Milyen állatok és növények képesek alkalmazkodni a kedvezőtlen környezeti feltételekhez?
2. Mondjon példákat! környezetvédő csoportok növények és állatok.
3. Meséljen az élőlények eltérő alkalmazkodásáról az azonos kedvezőtlen környezeti feltételekhez!
4. Mi a különbség az alacsony hőmérséklethez való alkalmazkodás között endoterm és ektoterm állatoknál?
