Spôsoby prežívania nepriaznivých podmienok živými organizmami (zimovanie, hibernácia, pozastavená animácia, migrácia atď.)
Sekcie: Biológia
Ciele: rozšíriť oblasti vedomostí študentov; naučiť sa analyzovať fenomén dočasného zastavenia životnej činnosti v živých organizmoch a použiť ho ako prostriedok na prispôsobenie a prežitie v nepriaznivých podmienkach.
Vybavenie: stoly mäkkýšov, kôrovcov, hmyzu, rýb, obojživelníkov, plazov, vtákov, cicavcov.
Zimná sezóna je pre mnohých predstaviteľov živočíšneho a rastlinného sveta nepriaznivá, a to tak z dôvodu nízkych teplôt, ako aj prudkého poklesu schopnosti získať potravu. Mnohé druhy živočíchov a rastlín si v priebehu evolučného vývoja osvojili zvláštne adaptačné mechanizmy, aby prežili v nepriaznivom ročnom období. U niektorých druhov zvierat vznikol a etabloval sa pud tvorby potravinových rezerv; iní vyvinuli inú adaptáciu - migráciu. Známe sú nápadne dlhé lety mnohých druhov vtákov, migrácia niektorých druhov rýb a iných predstaviteľov živočíšneho sveta. V procese evolúcie u mnohých druhov zvierat bol však zaznamenaný aj ďalší dokonalý fyziologický mechanizmus adaptácie - schopnosť upadnúť na prvý pohľad do bezživotného stavu, ktorý sa u rôznych druhov zvierat prejavuje rôznymi spôsobmi a má rôzne názvy. (anabióza, hypotermia atď.). Medzitým sú všetky tieto stavy charakterizované inhibíciou životných funkcií tela na minimum, čo mu umožňuje prežiť nepriaznivé zimné podmienky bez jedla. Takýto stav imaginárnej smrti spadá u tých druhov zvierat, ktoré si v zime nie sú schopné zabezpečiť potravu a hrozí im smrť od chladu a hladu. A toto všetko, vyvinuté v procese evolúcie, podlieha prísnej prírodnej účelnosti – potrebe zachovať druh.
Hibernácia je v prírode rozšíreným javom, napriek tomu, že jej prejavy sú rôzne u predstaviteľov určitých skupín živočíchov, či už ide o živočíchy s nestabilnou telesnou teplotou (poikilotermické), nazývané aj chladnokrvné, u ktorých telesná teplota závisí od teplota okolia, alebo živočíchy so stálou telesnou teplotou (homeotermické), nazývané aj teplokrvné.
Spomedzi živočíchov s nestabilnou telesnou teplotou upadajú do hibernácie rôzne druhy mäkkýšov, kôrovce, pavúkovce, hmyz, ryby, obojživelníky a plazy, zo živočíchov s konštantnou telesnou teplotou viaceré druhy vtákov a mnohé druhy cicavcov.
Ako sa slimáky ukladajú do zimného spánku?
Od typu s mäkkým telom až po hibernácia mnohé druhy slimákov odtekajú (napríklad všetky suchozemské slimáky). Stretnuté slimáky sa ukladajú na zimný spánok v októbri a trvá to až do začiatku apríla. Po dlhom prípravnom období, počas ktorého si nahromadia vo svojom tele potrebné živiny slimáky nachádzajú alebo si vyhrabávajú nory, aby niekoľko jedincov mohlo spolu prezimovať hlboko pod zemou, kde sa bude udržiavať teplota 7 - 8 °C. Po dobrom upchatí noriek slimáky zostúpia na dno a ležia s otvoreným plášťom. Potom tento otvor zatvoria, čím sa uvoľní slizká látka, ktorá čoskoro stvrdne a stane sa elastickou (filmovitá). Pri výraznom ochladení a nedostatku živín v tele sa slimáky zavŕtajú ešte hlbšie do zeme a vytvoria ďalší film, čím sa vytvoria vzduchové komôrky, ktoré plnia úlohu vynikajúceho izolantu. Zistilo sa, že počas dlhého zimovania slimáky stratia viac ako 20 % svojej hmotnosti, pričom najväčší úbytok nastáva v prvých 25 – 30 dňoch. Je to spôsobené tým, že všetky metabolické procesy postupne doznievajú, aby dosiahli minimum, pri ktorom zviera upadne takmer do stavu pozastavenej animácie so sotva postrehnuteľnými životnými funkciami. Počas hibernácie sa slimák nekŕmi, dýchanie sa takmer zastaví. Na jar, keď prvý teplé dni a teplota pôdy dosahuje 8-10 ° C, keď sa začína rozvíjať vegetácia a padajú prvé dažde, slimáky vyliezajú zo zimných úkrytov. Potom začne intenzívna činnosť na obnovenie vyčerpaných zásob potravy v ich tele; to sa prejavuje v absorpcii obrovského množstva potravy v porovnaní s ich telom.
Do hibernácie upadajú aj vodné slimáky, rybníkové slimáky – väčšina z nich sa zahrabáva do bahna na dne nádrže, v ktorej žije.
Kde prezimujú raky?
Každý pozná medzi ľuďmi obľúbenú hrozbu: „Ukážem ti, kde raky zimujú!“. Predpokladá sa, že toto príslovie sa objavilo v čase poddanstva, keď gazdovia trestajúc previnilých nevoľníkov nútili v zime chytať raky. Medzitým je známe, že je to takmer nemožné, pretože raky prezimujú hlboko zahrabané v dierach na dne nádrží.
Z hľadiska taxonómie sa trieda kôrovcov delí na dve podtriedy – vyššie a nižšie kôrovce.
Z vyšších kôrovcov upadajú do stavu hibernácie raky riečne, močiarne a jazerné. Samce hibernujú v skupinách v hlbokých jamách na dne a samice samotné v norkách a v novembri si na krátke nohy lepia oplodnené vajíčka, z ktorých sa až v júni vyliahnu kôrovce veľkosti mravcov.
Z nižších kôrovcov sú zaujímavé vodné blchy (rod Daphnia). Znášajú v závislosti od podmienok dva druhy vajec – letné a zimné. Zimné vajíčka majú pevnú škrupinu a vznikajú pri nepriaznivých životných podmienkach. U niektorých druhov nižších kôrovcov je vysychanie a dokonca mrazenie vajíčok nevyhnutná podmienka pokračovať v ich rozvoji.
Diapauza u hmyzu
Podľa počtu druhov hmyz prevyšuje všetky ostatné triedy. Ich telesná teplota závisí od životné prostredie, ktorý má silný vplyv na rýchlosť životných vplyvov a nízke teploty túto rýchlosť výrazne znižujú. Pri negatívnych teplotách sa celý vývoj hmyzu spomalí alebo prakticky zastaví. Tento anabiotický stav, známy ako „diapauza“, je reverzibilným zastavením vývinových procesov a je spôsobený vonkajšími faktormi. Diapauza nastáva, keď sú podmienky nepriaznivé pre život a pokračuje počas zimy, kým sa s nástupom jari podmienky nestanú priaznivejšími.
Nástup zimnej sezóny odlišné typy hmyz v rôznom štádiu svojho vývoja, v ktorom hibernuje – vo forme vajíčok, lariev, kukiel alebo dospelých foriem, ale väčšinou každý jednotlivý druh v určitom štádiu svojho vývoja upadne do diapauzy. Takže napríklad sedembodový Lienka zimuje ako dospelý.
Je charakteristické, že zimovaniu hmyzu predchádza určitá fyziologická príprava jeho tela, spočívajúca v akumulácii voľného glycerolu v jeho tkanivách, ktorá neumožňuje zmrazenie. K tomu dochádza v štádiu vývoja hmyzu, v ktorom budú prezimovať.
Už s nástupom prvých príznakov ochladzovania na jeseň si hmyz nachádza pohodlné úkryty (pod kameňmi, pod kôrou stromov, pod opadaným lístím v norách v pôde a pod.), kde je po snežení mierne nízka teplota. uniforma.
Trvanie diapauzy u hmyzu priamo súvisí so zásobami tuku v tele. Včely neupadajú do dlhej diapauzy, ale ešte pri teplote 0 až 6 °C znecitlivia a vydržia v tomto stave 7-8 dní. Pri nižších teplotách zomierajú.
Je tiež zaujímavé, ako hmyz presne určuje okamih, kedy by mal opustiť anabiotický stav. Vedec N.I. Kalabukhov skúmal anabiózu u niektorých druhov motýľov. Zistil, že trvanie diapauzy sa líši od druhu k druhu. Napríklad motýľ páv bol v pozastavenej animácii 166 dní pri teplote 5,9 °C, kým priadka morušová 193 dní pri teplote 8,6 °C. Podľa vedca aj rozdiely v geografickej oblasti ovplyvňujú trvanie diapauzy.
Ukladajú ryby do zimného spánku?
Niektoré druhy veľkej triedy rýb sa zvláštnym spôsobom prispôsobujú nízkym teplotám vody v zime. Normálna telesná teplota u rýb nie je konštantná a zodpovedá teplote vody. Pri náhlom prudkom poklese teploty vody upadajú ryby do šokového stavu. Stačí však, že sa voda zohreje a rýchlo „ožijú“. Experimenty ukázali, že mrazené ryby ožívajú len vtedy, keď ich cievy nie sú zamrznuté.
Niektoré ryby, ktoré žijú v arktických vodách, boli pôvodne prispôsobené nízkym teplotám vody v zime: menia zloženie krvi. Pri poklese teploty vody na jeseň sa im v krvi hromadia soli v takej koncentrácii, ktorá je charakteristická pre morskú vodu a zároveň krv veľmi ťažko zamŕza (akási nemrznúca zmes).
Od sladkovodné ryby ešte v novembri upadnú do zimného spánku kapry, chochlačky, ostrieže, sumce a iné. Pri poklese teploty vody pod 8 - 10°C sa tieto ryby sťahujú do hlbších častí nádrží, zaliezajú vo veľkých skupinách do bahna a tam zotrvávajú v stave hibernácie počas celej zimy.
Niektorí morská ryba tolerovať aj silné prechladnutie v stave hibernácie. Napríklad sleď sa už na jeseň blíži k pobrežiu Severného ľadového oceánu, aby upadol do stavu hibernácie na dne malej zátoky. Sardela čiernomorská zimuje aj v južných oblastiach mora - pri pobreží Gruzínska, v tomto čase nie je aktívna a nekonzumuje potravu. A sardela azovská pred začiatkom zimného obdobia migruje do Čierneho mora, kde sa zhromažďuje v skupinách v relatívne sedavom stave.
Hibernácia u rýb je charakterizovaná ich extrémne obmedzenou aktivitou, úplným zastavením kŕmenia a prudkým poklesom metabolizmu. Ich telo je v tomto období podporované zásobami živín nahromadených vďaka výdatnej výžive na jeseň.
hibernácia obojživelníkov
Z hľadiska životného štýlu a štruktúry je trieda obojživelníkov prechodná medzi typicky vodnými stavovcami a typicky suchozemskými živočíchmi. To je známe rôzne druhyžaby, mloky, mloky tiež trávia nepriaznivé zimné obdobie v strnulosti, keďže ide o živočíchy s nestabilnou telesnou teplotou, ktorá závisí od teploty okolia.
Zistilo sa, že hibernácia žiab trvá od 130 do 230 dní a jej trvanie závisí od trvania zimy.
V nádržiach, aby prezimovali, sa žaby zhromažďujú v skupinách po 10-20 exemplároch, zaliezajú do bahna, do podvodných priehlbín a iných dutín. Počas hibernácie dýchajú žaby iba kožou.
Mloky sa v zime obyčajne uhniezdia pod teplými hnilými pňami a kmeňmi popadaných stromov. Ak v blízkosti nenájdu takéto pohodlné „byty“, uspokoja sa s prasklinami v pôde.
Plazy tiež hibernujú
Z triedy plazov upadajú v zime do stavu hibernácie takmer všetky druhy našej fauny. Nízka zimné teploty je hlavným dôvodom tohto javu.
Zimné úkryty sú zvyčajne podzemné jaskyne alebo dutiny vytvorené okolo veľkých starých pňov s hnilými koreňmi, štrbín v skalách a iných miest, ktoré nie sú prístupné ich nepriateľom. V takýchto úkrytoch sa zhromažďuje veľké množstvo hadov, ktoré vytvárajú obrovské hadie gule. Zistilo sa, že teplota hadov počas hibernácie sa takmer nelíši od teploty okolia.
Väčšina druhov jašteríc (lúčnych, pruhovaných, zelených, lesných, vretenovitých) aj zimuje, zalieza do pôdy, do nôr, ktoré neohrozuje záplava. Počas teplých slnečných dní v zime sa jašterice môžu „zobudiť“ a vyliezť zo svojich zimných úkrytov na niekoľko hodín na lov, potom sa opäť skryjú vo svojich norách a upadnú do stavu strnulosti.
Korytnačky močiarne trávia zimu zahrabávaním sa do bahna nádrží, v ktorých žijú, zatiaľ čo suchozemské korytnačky zaliezajú do hĺbky 0,5 m do pôdy do niektorých prirodzených úkrytov alebo dier po krtkoch, líškach, hlodavcoch, ktoré sa zakrývajú rašelinou, machom a mokré listy.
Príprava na zimovanie začína v októbri, keď sa korytnačkám hromadí tuk. Na jar sa pri prechodnom oteplení prebúdzajú, niekedy aj na celý týždeň.
Existujú vtáky, ktoré zimujú v zime?
Väčšina zvierat s nestabilnou telesnou teplotou, ktorá závisí od prostredia, upadá do stavu hibernácie. Prekvapivo však mnohé zvieratá so stálou telesnou teplotou, ako napríklad vtáky, môžu zimovať aj počas nepriaznivých ročných období. Je známe, že väčšina vtákov sa nepriaznivým zimným podmienkam vyhýba migráciou. Už Aristoteles vo svojich viaczväzkových Dejinách zvierat upozornil na skutočnosť, že „niektoré vtáky odlietajú prezimovať v teplých krajinách, zatiaľ čo iní sa uchyľujú do rôznych úkrytov, kde upadajú do hibernácie.“
K tomuto záveru dospel aj veľký švédsky prírodovedec Karl Linné, ktorý vo svojom diele „Systém prírody“ napísal: „Na jeseň, keď začne zima, lastovičky, ktoré nenachádzajú dostatok hmyzu na potravu, si začínajú hľadať úkryt na prezimovanie v trstine. lôžka pozdĺž brehov jazier a riek."
Torpor, do ktorého upadajú niektoré druhy vtákov, je úplne odlišný od hibernácie, ktorá je bežná pre mnohé cicavce. Po prvé, telo vtákov nielenže neakumuluje energetické zásoby vo forme tuku, ale naopak, značnú časť ich spotrebuje. Zatiaľ čo cicavce upadajú do hibernácie, keď výrazne priberú na váhe, vtáky strácajú pred stuporom veľkú váhu. Preto by sa fenomén strnulosti u vtákov mal podľa sovietskeho biológa R. Potapova nazývať nie hibernáciou, ale podchladením.
Doteraz nie je úplne pochopený mechanizmus podchladenia vtákov. Pád vtákov do stavu strnulosti za nepriaznivých životných podmienok je adaptívnou fyziologickou reakciou, ktorá bola fixovaná v procese evolúcie.
Ktoré cicavce zimujú v zime?
Rovnako ako u zvierat, o ktorých sme už hovorili, aj u cicavcov je hibernácia biologickou adaptáciou na prežitie nepriaznivého ročného obdobia. Hoci zvieratá so stálou telesnou teplotou zvyčajne tolerujú chladné podnebie, nedostatok vhodnej potravy v zime spôsobil, že niektoré z nich si v priebehu evolúcie osvojili a postupne si upevnili tento svojrázny inštinkt – prežiť nepriaznivé zimné obdobie v neaktívnom stave hibernácie. .
Existujú tri typy hibernácie podľa stupňa nehybnosti:
1) mierna strnulosť, ktorá sa ľahko zastaví (mývaly, jazvece, medvede, mývalové);
2) úplná strnulosť sprevádzaná pravidelnými prebúdzaniami iba v teplejších zimných dňoch (škrečky, chipmunkovia, netopiere);
3) skutočný nepretržitý zimný spánok, čo je stabilný, dlhotrvajúci stupor (sysle, ježkovia, svište, jerboy).
Zimnej hibernácii cicavcov predchádza určitá fyziologická príprava organizmu. Spočíva predovšetkým v hromadení tukových zásob hlavne pod kožou. Niektorí sa v zime ukladajú na zimný spánok podkožného tuku dosahuje 25 % celková hmotnosť telo. Napríklad sysle začiatkom jesene tučnia, čím sa ich telesná hmotnosť zväčší trojnásobne v porovnaní s jarno-letnou hmotnosťou. Pred zimným spánkom aj ježkovia, aj medvede hnedé, ako aj všetky netopiere.
Iné cicavce, ako sú škrečky a chipmunky, nehromadia veľké zásoby tuku, ale ukladajú si potravu vo svojom prístrešku, aby ju využili počas krátkych období prebúdzania sa v zime.
Počas zimného spánku ležia všetky druhy cicavcov nehybne vo svojich norách schúlené do klbka. Preto je najlepšie udržiavať teplo a obmedziť výmenu tepla s okolím. Zimnické byty mnohých cicavcov sú prirodzenou prázdnotou stoniek a dutín stromov.
Z hmyzožravých cicavcov sa ježko pripravuje na hibernáciu, zbiera mach, listy, seno na odľahlom mieste a zariaďuje si hniezdo. Vo svojom novom domove sa však „usadí“ až vtedy, keď je teplota dlho sa udržiava pod 10 °C. Predtým sa ježko výdatne naje, aby nahromadil energiu vo forme tuku.
Zimná hibernácia medveďa hnedého je mierna strnulosť. Medveď v lete v prírode nahromadí hrubú vrstvu podkožného tuku a tesne pred príchodom zimy sa usadí vo svojom brlohu na zimný spánok. Zvyčajne je pelech pokrytý snehom, takže vo vnútri je oveľa teplejšie ako vonku. Počas zimného spánku nahromadené tukové zásoby telo medveďa využíva ako zdroj živín a zároveň chráni zviera pred zamrznutím.
Z fyziologického hľadiska je zimný spánok cicavcov charakterizovaný oslabením všetkých životných funkcií organizmu na minimum, ktoré by im umožnilo prežiť nepriaznivé zimné podmienky bez potravy.
Na rozdiel od rastlín sú to zvieratá heterotrofy. Takzvané organizmy, ktoré nie sú schopné tvoriť organickej hmoty z anorganických. Organické látky potrebné pre svoje telo vytvárajú z organických látok, ktoré prichádzajú s jedlom. Rastliny na rozdiel od zvierat tvoria organické látky z anorganických, pričom na to využívajú energiu svetla. Ale v živote zvierat svetlo tiež zohráva dôležitú úlohu. Mnohé zvieratá majú orgány zraku, ktoré im umožňujú navigovať v priestore, rozlišovať jedincov vlastného druhu od ostatných, hľadať potravu, migrovať atď. Niektoré druhy zvierat sú aktívne počas dňa ( sokolovité, lastovičky, zebry), iní v noci ( šváby, sovy, ježkovia).
Väčšina živočíšnych druhov žije v podmienkach, ktoré sa v priebehu roka menia. Na jar sa dĺžka denného svetla postupne zvyšuje a s príchodom jesene sa začína znižovať. V reakcii na zmeny dĺžky denného svetla sa zvieratá môžu vopred pripraviť na nástup zmien v prírode. Reakcia organizmov na zmeny denných hodín je tzv fotoperiodizmus.
Ešte jeden dôležitým faktorom neživej prírode ktorý ovplyvňuje životnú činnosť organizmov je teplota. o chladnokrvných živočíchov (bezstavovcov, ryby, obojživelníkov, plazov) telesná teplota závisí od teploty okolia. V podmienkach nízkych teplôt upadajú do stavu strnulosti.
teplokrvných živočíchov (vtákov, cicavcov) sú schopné udržiavať telesnú teplotu, bez ohľadu na jej zmeny v prostredí, na viac-menej konštantnej úrovni. Na to potrebujú minúť veľa energie. V zime preto čelia akútnym problémom so zháňaním potravy.
Živočíchy, ktoré žijú v nízkych teplotách, sú tzv chladnomilný (tučniakov, ľadový medveď , hlbokomorské ryby atď.). Tieto zvieratá majú dobre vyvinutú srsť alebo perie, vrstvu podkožného tuku atď.
Druhy, ktoré žijú vo vysokých teplotách, sú tzv teplomilné (kamenné koraly, antilopy, hrochy, ako strašiak atď.) (Obr. 276, 4-6). Mnohé druhy sú schopné žiť v podmienkach periodických zmien teploty. Volajú sa mrazuvzdorný (vlky, líšky, mikina atď.) .
Ešte jeden environmentálny faktor, ktorý zohráva dôležitú úlohu v živote zvierat, je vlhkosť . Telo mnohých zvierat obsahuje 50-60% vody a telo medúzy je až 98%. Voda zabezpečuje transport látok v tele, podieľa sa na ich chemických premenách, regulácii telesnej teploty, vylučovaní konečných produktov látkovej premeny atď. Medzi zvieratami sú vlhkomilný, odolná voči suchu A suchomilný. TO vlhkomilný zahŕňajú tie druhy zvierat, ktoré môžu žiť iba v podmienkach vysokej vlhkosti (napr. vši lesná, dážďovky , obojživelníkov). Na rozdiel od nich, suchomilný druh (posvätný chrobák skarabeus, výhľad na púšť had A jašterice atď.) sú schopné efektívne zadržiavať vodu vo svojom tele. To im dáva možnosť žiť vo vyprahnutých stepiach a púšťach. Mnoho živočíšnych druhov je odolný voči suchu: sú schopné prežiť určité obdobia sucha (veľa druhov Žukov, plazov, cicavcov atď.).
Pre zvieratá žijúce v vodné prostredie, dôležité zloženie soli vody. Niektoré druhy prvokov, kôrovcov, rýb môžu žiť iba v sladkej vode, iné - iba v moriach. materiál zo stránky
Skúsenosti zvierat s dlhými obdobiami nepriaznivých podmienok. Zvieratá zažívajú obdobia nepriaznivých podmienok rôznymi spôsobmi. Napríklad v zime niektoré druhy zvierat hibernujú ( hnedý medveď, ježko, jazvec atď.). To im umožňuje znížiť energetický výdaj pri nedostatku potravy. Pre obyvateľov púšte môže hibernácia nastať v lete, počas obdobia sucha. Jednobunkové zvieratá znášajú nepriaznivé podmienky v štádiu cýst. Mnohé bezstavovce prežívajú nepriaznivé podmienky v štádiu vajíčok (medzi kôrovcami, štítnicami a množstvom hmyzu).
Medzi neživé faktory najväčší vplyv na zvieratá majú:
- svetlo;
- teplota;
- vlhkosť;
- zloženie soli vody.
Na tejto stránke sú materiály k témam:
Biotopové faktory neživej prírody
Aký faktor neživej prírody ovplyvňuje borovicu
Nepriaznivé prírodné podmienky
Vplyv rôznych faktorov na 2. svetovú vojnu biologického charakteru
Ako zvieratá ovplyvňujú neživú prírodu
Otázky k tejto položke:
Zmena ročných období v mierne pásmo znamená významné zmeny v živote prírody, spojený predovšetkým so zmenami teploty. Adaptácie rastlín a živočíchov spojené so zmenami vonkajších podmienok majú iný tvar a prejavy: u cicavcov rastie hustá podsada, sťahovavých vtákov zmeniť svoje stanovište, ostatné vtáky sú pokryté páperím, ktoré je zlým vodičom tepla a v zime chráni zvieratá pred podchladením.
Príprava na zimu
Uprostred leta sa zastavuje rast mnohých rastlinných druhov, znižuje sa počet kvitnúcich rastlín a končí sa chov vtákov. Začína dozrievanie plodov a semien; príprava na zimu.
Rastliny akumulujú rezervné živiny v prezimujúcich orgánoch: korene, pakorene, cibule, hľuzy.
U hmyzu sa tuk hromadí v špeciálnych orgánoch - tukových telách. Tuk sa ukladá aj v podkožnom tkanive mnohých cicavcov. Na jeseň sa vtáky a cicavce topia. Listy padajú zo stromov a kríkov.
Stav hlbokého odpočinku
Mnohé druhy organizmov nadobudli schopnosť prežiť nepriaznivé podmienky (vysoké alebo veľmi nízke teploty, nízka vlhkosť vzduchu, nedostatok potravy a pod.) v stave hlbokej dormancie. Je charakterizovaný poklesom fyziologických procesov, spomalením výmeny plynov, zastavením výživy a nehybnosťou u zvierat.
Teplota, ktorá spôsobuje tento stav, je pre rôzne druhy odlišná. U niektorých druhov hmyzu, rýb a obojživelníkov dochádza k hlbokému spánku už vtedy, keď teplota klesne na + 15 ° C, v iných - pri + 10 ° C, v iných - iba pri teplote blízkej 0 ° C.
V rôznych rastlinných druhoch zažívajú rôzne orgány stav zimného pokoja. V cibuľových rastlinách - cibuľky, v papraďorastoch a mnohých ďalších - odnože, v sladkom hrášku - podzemné hľuzy, v bodliakoch - ružice listov pritlačené k zemi, vo väčšine rastlín - semená.
Bezstavovce môžu prezimovať v rôznych štádiách vývoja. Bežný malarický komár je teda v štádiu dospelého hmyzu, jarný komár je v štádiu larvy, dutý komár je v štádiu vajíčka a molica kapustová je v štádiu kukly.
Počas jesene a zimy si rastliny a hmyz viac zvykajú na chlad a sú voči nemu odolnejšie nízke teploty. Toto sa nazýva otužovanie.
Anabióza zvierat a rastlín
Organizmy v stave pozastavenej animácie majú špeciálnu odolnosť voči nepriaznivým podmienkam. Počas anabiózy sú životné procesy dočasne zastavené alebo natoľko obmedzené, že nedochádza k viditeľným prejavom života.
V kvitnúcich rastlinách je stav anabiózy zahrnutý do normálneho cyklu života. Sušené semená zostávajú životaschopné po mnoho rokov. U mnohých bezstavovcov (prvky, nižšie kôrovce, vírniky) dochádza k anabióze, keď vyschnú kaluže a močiare, v ktorých žijú.
Ostatné bezstavovce prechádzajú po zmrazení do pozastavenej animácie. Protozoá, niektoré článkonožce (dafnie, kyklopy, hmyz) môžu zamrznúť do ľadu.
V špeciálne navrhnutých experimentoch prežili húsenice motýľov zmrazenie pri teplote -7,9 °C a škrkavky -183 °C. Spóry machov a papradí a semená obilnín boli po vysušení vystavené teplote -272 °C a zachovali si svoju klíčivosť.
Zistilo sa, že návrat do aktívneho života zo stavu pozastavenej animácie je možný len vtedy, keď tkanivový mok netvorí kryštály, ale zostáva v podchladenom stave. Je to spôsobené tým, že v tkanivách sa tvorí glycerín, ktorý zabraňuje zamrznutiu.
Fyziológia hibernácie
Zníženie rýchlosti metabolizmu, ku ktorému dochádza u cicavcov, sa prejavuje vo forme hibernácie. Príčinou jeho vzniku je pokles teploty, ako aj nedostatok potravy v zime aj v lete, keď vegetácia v stepi a púšti horí od tepla.
Škrečky, chipmunky, netopiere, ježkovia, niektoré druhy sysľov padajú do zimy hibernácia. U iných druhov sysľov, aestivácia, zvyčajne v suchej polovici leta. Počas hibernácie klesá aktívna termoregulácia, telesná teplota klesá takmer na teplotu okolia a spomaľujú sa všetky funkcie. Srdcová frekvencia pri netopiere, napríklad klesne zo 420 na 16 za minútu.
U niektorých cicavcov – medveďov, jazvecov, psíkov medvedíkovitých, veveričiek – nastáva zimný spánok, počas ktorého sa výrazne zníži aj metabolizmus, ale nedochádza k poklesu telesnej teploty.
Špeciálne prípravky
Na dokončenie životného cyklu potrebujú niektoré rastliny, hmyz a množstvo iných organizmov ochladenie a prechod cez štádiá zimného pokoja. V tomto čase prebiehajú určité fyziologické procesy, ktoré pripravujú telo na nový aktívny život.
Matka príroda je veľmi tvrdohlavá. Vždy sa snaží podmaniť si akékoľvek drsné podmienky vytvorené neúprosnými silami našej planéty a práve v takýchto extrémnych podmienkach je možné vidieť vynaliezavosť prírodného sveta v celej svojej kráse. V drvivej väčšine prípadov sa zdá, že príroda je múdrejšia ako ktorýkoľvek vedec a vymýšľa spôsoby prežitia, ktoré môžu slúžiť ako inšpirácia pre túžbu človeka zdolať akékoľvek drsné podmienky. Nižšie je uvedených desať príkladov úžasných adaptácií zvierat na extrémne teploty a iné nepriaznivé podmienky:
10 arktických rýb
Ryby sú poikilotermné organizmy, alebo jednoduchšie chladnokrvné živočíchy, čo znamená, že čím je teplota okolitého priestoru nižšia, tým je pre ne ťažšie udržať si svoje metabolické funkcie. Navyše pri poklese teploty sa v bunkách ich tela tvoria ľadové kryštály a zviera tak môže utrpieť nenapraviteľné poškodenie, ktoré nakoniec povedie k jeho smrti. Avšak zatiaľ čo arktické ryby nemajú luxus vytvárania vlastného tepla, rovnako ako telá tuleňov a iných morské cicavce ktoré žijú v rovnakej ľadovej vode, zdá sa, že sa im darí, a ako sa im to darí, vedcov už dlho mátlo.
Vysvetlenie sa našlo v posledné roky keď bol objavený nemrznúci proteín, ktorý zabraňuje tvorbe ľadových kryštálikov v ich krvi. Ako presne tento proteín však funguje, bolo objavené len pred tromi rokmi v štúdii Volkswagenu (áno, automobilky). Proteín zabraňuje tvorbe ľadu v molekulách, ktoré ho obklopujú, a tým umožňuje bunkám pokračovať vo svojej činnosti životný cyklus. Tento jav je dosiahnutý vďaka tomu, že proteín spomaľuje molekuly vody, ktoré sú zvyčajne v stave nepretržitého pohybu, podobne ako pri tanci. Zabraňuje sa tak tvorbe a lámaniu väzieb, ktoré sú potrebné na tvorbu ľadu. Podobný proteín bol nájdený u niekoľkých druhov chrobákov, ktoré žijú vo vysokých nadmorských výškach alebo v tesnej blízkosti polárneho kruhu.
9. Zmrazenie pre prežitie
Arktické ryby sa vyhýbajú mrazu, ale iné zvieratá sa vyvinuli tak, že úplne zamrznú, aby prežili chladné obdobie. Nech to znie akokoľvek paradoxne, no viaceré druhy žiab a korytnačiek takmer úplne vymrznú a v tomto stave strávia celú zimu. Je zvláštne, že zamrznú do pevného stavu, a ak vyhodíte takú zamrznutú, ale živú žabu z okna, okamžite sa zlomí, ako keby ju zasiahol kus ľadu. Potom žaby zázračne rozmraziť späť do živého stavu počas jari. Toto vynikajúce prežitie v zime je spôsobené skutočnosťou, že močovina a glukóza (ktorá sa tvorí premenou pečeňového glykogénu, ku ktorej dochádza pred zmrazením) obmedzuje množstvo ľadu a znižuje zmršťovanie osmotických buniek, ktoré by inak viedlo k smrti zvieraťa. Inými slovami, cukor umožňuje žabe prežiť. Ich odolnosť má však limit: hoci po zmrazení vyzerajú úplne pevne, zvieratá nemusia prežiť, ak zamrzne viac ako 65 percent vody v ich tele.
8. Chemické teplo
Stále sme vo svete chladnokrvných zvierat. Väčšina z nás sa na hodinách fyziky naučila, že čím je predmet menší, tým je preňho ťažšie udržať teplo. A čo viac, vieme, že chladnokrvné zvieratá bývajú skôr letargické a schopné len krátkych návalov energie. Hmyz, napriek tomu, že ide o poikilotermné tvory, je však veľmi aktívny a svoju energiu získava vytváraním telesného tepla chemickými a mechanickými prostriedkami, zvyčajne rýchlymi a neustálymi pohybmi svalov. Paralelu medzi hmyzom a zohrievaním naftového motora v zime pred naštartovaním môžeme nakresliť. Robia to nielen preto, aby si vytvorili energiu potrebnú na udržanie letu, ale aj preto, aby sa v zime chránili pred chladom, napríklad včely sa zhromažďujú na hromade a chvejú sa, aby nezmrzli.
7. Encystanica
Prvoky, baktérie a spóry a niektoré háďatká využívajú encystation (čo je vstup do stavu pozastavenej animácie a oddelenia od vonkajší svet s pevnou bunkovou stenou), aby odolali nepriaznivým podmienkam po dlhú dobu. Veľmi dlhé časové úseky.
V skutočnosti je to dôvod, prečo je encystation jedným z najpozoruhodnejších úspechov prírodného sveta: vedcom sa podarilo priviesť späť k životu baktérie a spóry, ktoré boli milióny rokov staré – najstaršie z nich mali asi 250 miliónov rokov (áno, bol starší ako dinosaury). Encystation môže byť jediný spôsob, ako zaparkovať Jurský sa môže stať realitou. Na druhej strane si predstavte, čo by sa stalo, keby vedci oživili vírus, ktorý Ľudské teložiadna ochrana...
6. Prírodné radiátory
Udržať sa v pohode je v tropických oblastiach problém, najmä ak ide o väčšie alebo energickejšie zvieratá. Prírodné radiátory sú efektívna metóda znížiť telesnú teplotu: napríklad uši slonov a králikov sú plné krvných ciev a pomáhajú zvieratám ochladzovať telo v horúčave. Králiky žijúce v arktických oblastiach majú oveľa menšie uši, podobne ako mamuty, príroda im uši zmenšila, aby ich chránila pred chladom. Radiátory sa našli aj v prehistorickom svete, u zvierat, ako je Dimetrodon, ktorý žil v permský alebo podľa niektorých vedcov u dinosaurov patriacich do čeľade stegosaurov, ktorých platne boli nasýtené nádobami na uľahčenie prenosu tepla.
5. Megatermia
Príliš veľa veľká veľkosť môže byť nevýhodou pre tvory žijúce v tropických oblastiach, pretože neustále potrebujú znižovať svoju telesnú teplotu. V studených vodách sa však veľkým studenokrvným tvorom darí a sú dosť energické. Predpokladom na to je veľkosť: megatermia je schopnosť vytvárať teplo z telesnej hmoty, jav, ktorý sa vyskytuje u kože morské korytnačky(najväčšie korytnačky na svete), alebo veľké žraloky ako napr Žralok biely alebo žralok mako. Toto zvýšenie telesnej teploty umožňuje týmto tvorom byť dosť energické v chladných vodách – a čo viac, morské korytnačky sú najrýchlejšími plazmi na Zemi, ktoré sú schopné dosiahnuť rýchlosť až 32 kilometrov za hodinu v krátkom čase.
4. Zmena vlastností krvi
Aby prežili v extrémnych podmienkach, niektoré zvieratá vyvinuli rôzne typy zloženia krvi: napríklad vorvaň a horská hus z Ázie. Oba tieto druhy majú zvláštnu schopnosť ukladať vo svojich krvinkách oveľa viac kyslíka ako iné živočíchy. Potrebujú ho však z rôznych dôvodov: vorvaň musí dlho zadržať dych, pretože sa ponára do veľká hĺbka pri hľadaní potravy. Horská hus potrebuje udržiavať energický let nad himalájskym pohorím a vo výškach, v ktorých lieta, je vo vzduchu veľmi málo kyslíka.
3. Respiračná adaptácia
V tropických a rovníkových oblastiach môže byť zmena ročných období pre mnohé živočíchy katastrofálna. Obdobie dažďov môže znamenať časté záplavy, pri ktorých príde o život mnoho suchozemských živočíchov, zatiaľ čo obdobie sucha znamená, že nebude voda, čo je prirodzene zlé pre každého. Medzi živočíchy, ktorým príroda zašla tak ďaleko, aby zabezpečila ich prežitie, sú ryby, ktoré dýchajú vzduch. Mnohí z nás už počuli pľúcnik, patriaci do nadradu pľúcnik, ktorý si vytvára slizničný vak na ochranu pred suchom, no niektoré druhy sumcov a úhorov nielen dýchajú vzduch, ale sú schopné cestovať aj po súši medzi vodnými plochami. Tieto ryby sú schopné získať kyslík zo vzduchu nie cez pľúca alebo žiabre, ale pomocou špeciálnych oblastí ich čriev.
2. Život v pekle
Od svojho objavu hydrotermálne prieduchy vyvrátili mnohé z teórií, ktoré vedci predložili o hlbokomorských hlbinách. morský život. Teplota vody obklopujúcej tieto otvory presahuje bod varu, ale samotný tlak vody v týchto hĺbkach zabraňuje tvorbe bublín. Hydrotermálne prieduchy neustále vypúšťajú sírovodík, ktorý je vysoko toxický pre väčšinu foriem života. Tieto pekelné diery sú však často obklopené kolóniami rôznych prírodných organizmov, z ktorých väčšina zjavne prekvitá v toxickom svete bez slnka. Tieto stvorenia sa dokázali vyrovnať s nedostatkom slnečného žiarenia (o ktorom vieme, že je dôležitou súčasťou väčšiny foriem života, pretože spúšťa syntézu vitamínu D) a neuveriteľne vysokými teplotami. Vzhľadom na to, že mnohé hlbokomorské tvory, ktoré žijú v okolí prieduchov, sú z evolučného hľadiska dosť primitívne, vedci sa v súčasnosti snažia zistiť, či tieto prieduchy boli skutočnými podmienkami pre vznik života, ktorý sa prvýkrát objavil asi pred 3,5 miliardami rokov. .
1. Odvážna kolonizácia
Stojí za zmienku, že táto položka na našom zozname stále nemá dôkladné vedecké vysvetlenie: jeden druh papagája endemický v Nikarague, mexický Aratinga holochlora, hniezdi v kráteri sopky Masaya. Ťažko vysvetliteľnou časťou je, že kráter neustále uvoľňuje sírne plyny, ktoré sú dosť smrtiace. Ako môžu tieto papagáje hniezdiť v prostredí, ktoré môže v priebehu niekoľkých minút ľahko zabiť ľudí a iné zvieratá, je pre vedcov stále záhadou, čo dokazuje, že matka príroda sa vo svojom odhodlaní dobyť vesmír nebojí žiadnych prekážok. Zatiaľ čo fauna žijúca v blízkosti hlbokomorských prieduchov mala za sebou milióny rokov evolúcie, aby sa prispôsobila životu v takýchto podmienkach, zelené papagáje z krátera sopky Masaya začali žiť týmto životným štýlom z hľadiska evolúcie veľmi nedávno. Štúdiom takýchto odvážnych druhov môže človek lepšie pochopiť, ako funguje zázrak vesmíru, evolúcia, rovnako ako Charles Darwin pozoroval pinky z Galapágskych ostrovov počas svojej cesty na palube Beagle.
Adaptácia- ide o prispôsobenie tela podmienkam prostredia v dôsledku komplexu morfologických, fyziologických a behaviorálnych charakteristík.
Rôzne organizmy sa prispôsobujú rôznym podmienkam prostredia a v dôsledku toho milujú vlhkosť hydrofyty a "nosiči sucha" - xerofyty(obr. 6); rastliny soľnej pôdy halofyty; rastliny odolné voči tieňu sciofyty a vyžadujúce plné slnečné svetlo pre normálny vývoj ( heliofyty); zvieratá, ktoré žijú v púšťach, stepiach, lesoch alebo močiaroch, sú nočné alebo denné. Skupiny druhov s podobným postojom k podmienkam prostredia (t. j. žijúce v rovnakých ekotopoch) sa nazývajú environmentálnych skupín.
Schopnosť prispôsobiť sa nepriaznivým podmienkam u rastlín a zvierat sa líši. Vzhľadom na to, že zvieratá sú mobilné, ich adaptácie sú rozmanitejšie ako adaptácie rastlín. Zvieratá môžu:
- vyhýbajte sa nepriaznivým podmienkam (vtáky zo zimného hladovania a chladu odlietajú do teplejšie podnebie, jelene a iné kopytníky sa túlajú pri hľadaní potravy atď.);
- upadnúť do pozastavenej animácie - dočasný stav, v ktorom sú životné procesy tak spomalené, že ich viditeľné prejavy takmer úplne chýbajú (stupor hmyzu, hibernácia stavovcov atď.);
- prispôsobiť sa životu v nepriaznivých podmienkach (srsť a podkožný tuk ich zachraňujú pred mrazom, púštne zvieratá majú zariadenia na hospodárne využívanie vody a chladenia a pod.). (obr. 7).
Rastliny sú neaktívne a vedú pripútaný životný štýl. Preto sú pre nich možné len posledné dva varianty úprav. Rastliny sa teda vyznačujú znížením intenzity životne dôležitých procesov v nepriaznivých obdobiach: zhadzujú listy, prezimujú ako spiace orgány zahrabané v pôde - cibule, pakorene, hľuzy a zostávajú v pôde v stave semien a spór. . U machorastov má schopnosť anabiózy celá rastlina, ktorá v suchom stave vydrží aj niekoľko rokov.
Odolnosť rastlín voči nepriaznivým faktorom sa zvyšuje v dôsledku špeciálnych fyziologických mechanizmov: zmeny osmotického tlaku v bunkách, regulácia intenzity vyparovania pomocou prieduchov, použitie „filtračných“ membrán na selektívnu absorpciu látok atď.
Adaptácie v rôznych organizmoch sú vyvinuté s iná rýchlosť. Vyskytujú sa najrýchlejšie u hmyzu, ktorý sa dokáže prispôsobiť pôsobeniu nového insekticídu za 10–20 generácií, čo vysvetľuje zlyhanie chemickej kontroly hustoty populácie hmyzích škodcov. Proces vývoja adaptácií u rastlín alebo vtákov prebieha pomaly, v priebehu storočí.
Pozorované zmeny v správaní organizmov sú zvyčajne spojené so skrytými znakmi, ktoré mali akoby „v zálohe“, no pod vplyvom nových faktorov sa objavili a zvýšili odolnosť druhov. Takéto skryté znaky vysvetľujú odolnosť niektorých druhov drevín voči pôsobeniu priemyselného znečistenia (topoľ, smrekovec, vŕba) a niektorých druhov burín voči pôsobeniu herbicídov.
Zloženie tej istej ekologickej skupiny často zahŕňa organizmy, ktoré si nie sú podobné. Je to spôsobené tým, že rôzne druhy organizmov sa môžu rôzne prispôsobiť rovnakému environmentálnemu faktoru.
Napríklad chlad prežívajú inak teplokrvný(volajú sa endotermický, z gréckych slov endon - vnútro a terme - teplo) a Chladnokrvný (ektotermický, z gréckeho ectos - mimo) organizmy. (Obr. 8.)
Telesná teplota endotermných organizmov nezávisí od teploty okolia a je vždy viac-menej konštantná, jej výkyvy nepresahujú maximálne 2–4 o. silné mrazy a najintenzívnejšie teplo. Tieto živočíchy (vtáky a cicavce) si udržiavajú telesnú teplotu vnútornou tvorbou tepla na základe intenzívneho metabolizmu. Udržiavajú si telesné teplo na úkor teplých „kožušíkov“ z peria, vlny atď.
Fyziologické a morfologické adaptácie sú doplnené o adaptívne správanie (výber vetrom chránených miest na nocľah, budovanie nôr a hniezd, skupinové prenocovanie s hlodavcami, vzájomné vyhrievanie blízkych skupín tučniakov a pod.). Ak je okolitá teplota veľmi vysoká, potom sa endotermické organizmy ochladzujú špeciálnymi úpravami, napríklad odparovaním vlhkosti z povrchu slizníc ústnej dutiny a horných dýchacích ciest. (Z tohto dôvodu sa psovi v horúčave zrýchli dych a vyplazuje jazyk.)
Telesná teplota a pohyblivosť ektotermných živočíchov závisí od teploty prostredia. Hmyz a jašterice sú v chladnom počasí letargické a neaktívne. Mnohé živočíšne druhy majú zároveň možnosť vybrať si miesto s priaznivými podmienkami pre teplotu, vlhkosť a slnečné žiarenie (jašterice sa vyhrievajú na osvetlených skalných platniach).
Absolútna ektotermia sa však pozoruje len u veľmi malých organizmov. Väčšina studenokrvných organizmov je stále schopná zlej regulácie telesnej teploty. Napríklad u aktívne lietajúceho hmyzu - motýľov, čmeliakov sa telesná teplota udržiava na 36–40 ° C aj pri teplotách vzduchu pod 10 ° C.
Podobne druhy rovnakej ekologickej skupiny v rastlinách sa líšia svojim vzhľadom. Môžu sa tiež prispôsobiť rovnakým podmienkam prostredia rôzne cesty. Rôzne typy xerofytov teda šetria vodu rôznymi spôsobmi: niektoré majú hrubé bunkové membrány, iné majú na listoch dospievanie alebo voskový povlak. Niektoré xerofyty (napríklad z čeľade labiaceae) vypúšťajú výpary éterických olejov, ktoré ich obalujú ako „prikrývka“, čím sa znižuje odparovanie. koreňový systém u niektorých xerofytov je mohutný, preniká do pôdy až do hĺbky niekoľkých metrov a dosahuje hladinu podzemnej vody (ťavie tŕne), u iných je povrchový, ale vysoko rozvetvený, čo umožňuje zachytávanie zrážkovej vody.
Medzi xerofytmi sú kry s veľmi malými tvrdými listami, ktoré sa môžu zhadzovať v najsuchšom období (krík caragana v stepi, púštne kríky), trávnikové trávy s úzkymi listami (perina, kostrava), sukulenty(z latinského succulentus - šťavnatý). Sukulenty majú šťavnaté listy alebo stonky, ktoré uchovávajú vodu a ľahko tolerujú vysoké teploty vzduchu. Sukulenty zahŕňajú americké kaktusy a saxaul rastúce v stredoázijských púšťach. Majú špeciálny typ fotosyntézy: prieduchy sa otvárajú na krátky čas a iba v noci, v týchto chladných hodinách rastliny ukladajú oxid uhličitý a cez deň ho využívajú na fotosyntézu s uzavretými prieduchmi. (Obr. 9.)
U halofytov sa pozorujú aj rôzne adaptácie na prežitie nepriaznivých podmienok na slaných pôdach. Medzi nimi sú rastliny, ktoré sú schopné akumulovať soli vo svojom tele (soleros, swede, sarsazan), vylučovať prebytočné soli na povrch listov pomocou špeciálnych žliaz (kermek, tamariks), „držať“ soli mimo svojich tkanív kvôli „koreňová bariéra“ nepriepustná pre soli“ (palina). V druhom prípade sa rastliny musia uspokojiť s malým množstvom vody a majú vzhľad xerofytov.
Z tohto dôvodu sa nemožno čudovať, že za rovnakých podmienok existujú navzájom odlišné rastliny a živočíchy, ktoré sa týmto podmienkam rôznym spôsobom prispôsobili.
1. Čo je adaptácia?
2. Vďaka čomu sa zvieratá a rastliny dokážu prispôsobiť nepriaznivým podmienkam prostredia?
2. Uveďte príklady environmentálnych skupín rastlín a živočíchov.
3. Povedzte nám o rôznych adaptáciách organizmov na prežívanie rovnakých nepriaznivých podmienok prostredia.
4. Aký je rozdiel medzi adaptáciami na nízke teploty u endotermných a ektotermných živočíchov?
