Načini preživetja živih organizmov v neugodnih razmerah (prezimovanje, hibernacija, mirovanje, selitev itd.)

Oddelki: Biologija

Cilji: povečati področja študentskega znanja; naučijo se analizirati pojav začasne prekinitve življenjske dejavnosti pri živih organizmih, ki jo uporabljajo kot sredstvo za prilagajanje in preživetje v neugodnih razmerah.

Oprema: tabele mehkužcev, rakov, žuželk, rib, dvoživk, plazilcev, ptic, sesalcev.

Zimska sezona je neugodna za številne predstavnike živalskega in rastlinskega sveta, tako zaradi nizkih temperatur kot zaradi močnega zmanjšanja zmožnosti pridobivanja hrane. Med evolucijskim razvojem so mnoge vrste živali in rastlin pridobile edinstvene prilagoditvene mehanizme za preživetje v neugodnih letnih časih. Pri nekaterih vrstah živali se je pojavil in uveljavil nagon po ustvarjanju zalog hrane; drugi so razvili še eno prilagoditev – selitev. Znani so neverjetno dolgi leti številnih vrst ptic, selitve nekaterih vrst rib in drugih predstavnikov živalskega sveta. Vendar pa je bil v procesu evolucije pri številnih živalskih vrstah opažen še en popoln mehanizem fiziološke prilagoditve - sposobnost zapadanja v navidezno brezživljenjsko stanje, ki se pri različnih živalskih vrstah kaže različno in ima različna imena (anabioza, hipotermija itd.). ). Za vsa ta stanja pa je značilno zaviranje vitalnih funkcij telesa na minimum, ki mu omogoča preživetje neugodnih zimskih razmer brez prehranjevanja. Tiste vrste živali, ki si pozimi ne morejo zagotoviti hrane, padejo v podobno stanje namišljene smrti in jim grozi smrt zaradi mraza in lakote. In vse to, razvito v procesu evolucije, je podvrženo strogi naravni smotrnosti - potrebi po ohranitvi vrste.

Hibernacija je zelo razširjen pojav v naravi, kljub temu, da se njene manifestacije med predstavniki določenih skupin živali razlikujejo, pa naj gre za živali z nestabilno telesno temperaturo (poikilotermne), imenovane tudi hladnokrvne, pri katerih je telesna temperatura odvisna od okolice. temperaturo ali živali s stalno telesno temperaturo (homeotermne), imenovane tudi toplokrvne.

Med živalmi z nestabilno telesno temperaturo preidejo v zimsko spanje različne vrste mehkužcev, rakov, pajkov, žuželk, rib, dvoživk in plazilcev, med živalmi s stalno telesno temperaturo pa več vrst ptic in številne vrste sesalcev.

Kako prezimijo polži?

Od tipa mehkega telesa do zimsko spanje Veliko vrst polžev pade (na primer vsi kopenski polži). Navadni polži oktobra preidejo v zimsko spanje, ki traja do začetka aprila. Po dolgem pripravljalnem obdobju, med katerim naberejo potrebne hranila, polži najdejo ali izkopljejo luknje, da lahko več osebkov skupaj prezimi globoko pod zemljo, kjer se vzdržuje temperatura 7 - 8 °C. Ko so rove dobro zatesnili, se polži spustijo na dno in se uležejo z odprtino lupine navzgor. Nato to odprtino zaprejo in sprostijo sluzasto snov, ki se kmalu strdi in postane elastična (podobna filmu). Ob močnem ohlajanju in pomanjkanju hranilnih snovi v telesu se polži zarijejo še globlje v zemljo in tvorijo še en film ter tako ustvarijo zračne komore, ki igrajo vlogo odličnega izolatorja. Ugotovljeno je bilo, da v dolgi zimi polži izgubijo več kot 20 % svoje teže, pri čemer je največja izguba v prvih 25-30 dneh. To je razloženo z dejstvom, da vsi presnovni procesi postopoma zamrejo, da bi dosegli minimum, pri katerem žival pade skoraj v stanje mirovanja s komaj zaznavnimi vitalnimi funkcijami. Med zimskim spanjem se polž ne hrani in dihanje skoraj preneha. Spomladi, ko prvi topli dnevi in temperatura tal doseže 8-10 ° C, ko se vegetacija začne razvijati in padajo prve padavine, polži prilezejo iz svojih zimskih zatočišč. Takrat se začne intenzivna aktivnost za obnavljanje izčrpanih zalog hrane v njihovem telesu; to se izraža v absorpciji ogromne količine hrane v primerjavi z njihovim telesom.

V stanje zimskega spanja preidejo tudi ribniški polži – večina se jih zakoplje v mulj na dnu rezervoarja, v katerem živijo.

Kje prezimijo raki?

Vsi poznajo priljubljeno grožnjo: "Pokazal ti bom, kje raki prezimujejo!" Menijo, da se je ta pregovor pojavil v času tlačanstva, ko so posestniki, ki so kaznovali krive podložnike, prisilili, da pozimi lovijo rake. Medtem pa je znano, da je to skoraj nemogoče, saj raki prezimijo globoko zakopani v luknje na dnu rezervoarjev.

S sistematičnega vidika je razred rakov razdeljen na dva podrazreda - višje in nižje rake.

Med višjimi raki padejo v stanje zimskega spanja rečni, močvirski in jezerski raki. Samci prezimijo v skupinah v globokih luknjah na dnu, samice pa v rovih, novembra pa na svoje kratke noge prilepijo oplojena jajčeca, iz katerih se šele junija izležejo raki velikosti mravlje.

Od nižjih rakov so zanimive vodne bolhe (rod Daphnia). Odlagajo, odvisno od pogojev, dve vrsti jajčec - poletna in zimska. Zimska jajca imajo trpežno lupino in nastanejo v neugodnih življenjskih razmerah. Za nekatere vrste nižjih rakov velja sušenje in celo zamrzovanje jajčec nujen pogoj da nadaljujejo svoj razvoj.

Diapavza pri žuželkah

Po številu vrst žuželke prekašajo vse druge razrede. Njihova telesna temperatura je odvisna od okolju, ki močno vpliva na hitrost življenjskih vplivov, nizke temperature pa to hitrost bistveno zmanjšajo. Pri negativnih temperaturah se celoten razvoj žuželke upočasni ali praktično ustavi. To anabiotično stanje, znano kot "diapavza", je reverzibilna prekinitev razvojnih procesov in je posledica zunanjih dejavnikov. Diapavza nastopi, ko nastanejo za življenje neugodne razmere in traja vso zimo, dokler z nastopom pomladi razmere ne postanejo ugodnejše.

Začetek zimske sezone se odloži različni tipižuželke v različnih razvojnih fazah, v katerih prezimijo – v obliki jajčec, ličink, lutk ali odraslih oblik, običajno pa vsaka posamezna vrsta v določeni fazi svojega razvoja preide v diapavzo. Torej, na primer, sedem točk Pikapolonica prezimi kot odrasel.

Značilno je, da pred prezimovanjem žuželk poteka določena fiziološka priprava njihovega telesa, ki je sestavljena iz kopičenja prostega glicerola v njihovih tkivih, kar preprečuje zmrzovanje. To se zgodi na stopnji razvoja žuželk, v kateri bodo preživele zimo.

Že ob prvih znakih ohladitve jeseni si žuželke najdejo udobna zatočišča (pod kamni, pod lubjem dreves, pod odpadlim listjem v rovih v zemlji itd.), kjer je po sneženju temperatura zmerno nizka in uniforma.

Trajanje diapavze pri žuželkah je neposredno odvisno od zalog telesne maščobe. Čebele ne preidejo v dolgo diapavzo, vendar pri temperaturah od 0 do 6 ° C še vedno otrpnejo in lahko ostanejo v tem stanju 7-8 dni. Pri nižjih temperaturah umrejo.

Zanimivo je tudi, kako žuželke natančno določijo trenutek, ko morajo izstopiti iz anabiotskega stanja. Znanstvenik N.I. Kalabukhov je proučeval začasno animacijo pri nekaterih vrstah metuljev. Ugotovil je, da se trajanje diapavze med posameznimi vrstami razlikuje. Na primer, metulj pav je ostal v stanju mirovanja 166 dni pri temperaturi 5,9 °C, medtem ko je sviloprejka potrebovala 193 dni pri temperaturi 8,6 °C. Po mnenju znanstvenika tudi razlike v geografskem območju vplivajo na trajanje diapavze.

Ali ribe pozimi prezimijo?

Nekatere vrste širokega razreda rib se tudi pozimi na svojevrsten način prilagajajo nizkim temperaturam vode. Normalna telesna temperatura rib ni konstantna in ustreza temperaturi vode. Ko temperatura vode nenadoma močno pade, ribe padejo v stanje šoka. Vendar je dovolj, da se voda segreje, in hitro "oživijo". Poskusi so pokazali, da zamrznjene ribe oživijo le v primerih, ko jim ne zmrznejo žile.

Nekatere ribe, ki živijo v arktičnih vodah, se na nizke temperature vode pozimi prilagodijo na izviren način: spremenijo sestavo krvi. Ko jeseni temperatura vode pade, se v njihovi krvi naberejo soli v takšni koncentraciji, kot je značilna za morsko vodo, hkrati pa kri zelo težko zmrzne (neke vrste antifriz).

Od sladkovodne ribe novembra preidejo v zimsko spanje krapi, ježki, ostriži, somi in drugi. Ko temperatura vode pade pod 8 - 10 °C, se te ribe preselijo v globlje dele rezervoarjev, se v velikih skupinah zakopljejo v mulj in tam ostanejo v stanju zimskega spanja vso zimo.

nekaj morske ribe Prenašajo tudi ekstremen mraz v stanju zimskega spanja. Na primer, sled se že jeseni približa obali Arktičnega oceana, da bi padel v stanje mirovanja na dnu kakšnega majhnega zaliva. Črnomorski sardon prezimuje tudi v južnih predelih morja - ob obali Gruzije; v tem času ni aktiven in ne uživa hrane. In pred nastopom zime se azovski sardon preseli v Črno morje, kjer se zbira v skupinah v relativno sedečem stanju.

Za hibernacijo pri ribah je značilna izjemno omejena aktivnost, popolna prekinitev prehrane in močno zmanjšanje metabolizma. V tem času je njihovo telo podprto z zalogami hranil, ki so se nabrale zaradi obilne prehrane jeseni.

Hibernacija dvoživk

Po življenjskem slogu in zgradbi je razred dvoživk prehodni med tipično vodnimi vretenčarji in tipično kopenskimi živalmi. Znano je, da različne vrste tudi žabe, tritoni in močeradci neugodno zimsko sezono preživijo v stanju otrplosti, saj gre za živali z nestabilno telesno temperaturo, ki je odvisna od temperature okolja.

Ugotovljeno je bilo, da traja zimsko spanje žab od 130 do 230 dni, njegovo trajanje pa je odvisno od trajanja zime.

V vodnih telesih se žabe za prezimovanje zbirajo v skupinah po 10-20 posameznikov, se zakopljejo v mulj, podvodne depresije in druge praznine. Med zimskim spanjem žabe dihajo le skozi kožo.

Pozimi tritoni običajno prenočijo pod toplimi, strohnelimi štori in debli podrtih dreves. Če v bližini ne najdejo tako udobnih "stanovanj", se zadovoljijo z razpokami v tleh.

Prezimujejo tudi plazilci

Iz razreda plazilcev padejo skoraj vse vrste naše favne pozimi v stanje zimskega spanja. Nizka zimske temperature- glavni razlog za ta pojav.

Zimovišče so običajno podzemne jame ali praznine, nastale okoli velikih starih štorov z gnilimi koreninami, razpoke v skalah in drugih mestih, ki so nedostopna njihovim sovražnikom. V takih zavetiščih se zbira veliko število kač, ki tvorijo ogromne kačje krogle. Ugotovljeno je bilo, da se temperatura kač med zimskim spanjem skoraj ne razlikuje od temperature okolice.

Večina vrst kuščarjev (travniški, črtasti, zeleni, gozdni, vretenasti) tudi prezimujejo, se zakopljejo v zemljo, v rovih, ki jih poplave ne ogrožajo. V toplih, sončnih zimskih dneh se lahko kuščarji "prebudijo" in za nekaj ur zlezejo iz svojih zimskih zatočišč na lov, nato pa se umaknejo nazaj v svoje rove in padejo v stanje otrplosti.

Močvirske želve preživijo zimo v mulju rezervoarjev, v katerih živijo, medtem ko kopenske želve splezajo do globine do 0,5 m v zemljo v nekaterih naravnih zavetiščih ali luknjah krtov, lisic, glodalcev, se prekrijejo s šoto, mah in mokro listje.

Priprave na prezimovanje se začnejo oktobra, ko želve nabirajo maščobo. Spomladi se z začasno otoplitvijo prebudijo, včasih tudi za cel teden.

Ali ptice pozimi prespijo?

Večina živali z nestabilno telesno temperaturo, ki je odvisna od okolja, pade v stanje zimskega spanja. Presenetljivo pa je, da lahko mnoge živali s stalno telesno temperaturo, kot so ptice, v neugodnih letnih časih tudi prespijo. Znano je, da se večina ptic s selitvijo izogne ​​neugodnim zimskim razmeram. Aristotel je v svoji večdelni Zgodovini živali opozoril na dejstvo, da »nekatere ptice odletijo prezimovat v tople dežele, drugi pa se zatečejo v različna zavetišča, kjer prezimijo.«

Do tega zaključka je prišel tudi ugledni švedski naravoslovec Carl Linnaeus, ki je v svojem delu »Sistem narave« zapisal: »Jeseni, ko se vreme začne hladiti, začnejo lastovke, ki ne najdejo dovolj žuželk za hrano, iskati zavetje za zimo v trstičju ob bregovih jezer in rek.

Otrplost, v katero padejo nekatere vrste ptic, se bistveno razlikuje od zimskega spanja, značilnega za mnoge sesalce. Prvič, ptičje telo ne samo, da ne kopiči zalog energije v obliki maščobe, ampak, nasprotno, porabi pomemben del tega. Medtem ko sesalci pozimi hibernirajo in opazno pridobijo na teži, ptice močno izgubijo težo, preden zapadejo v otopelost. Zato bi morali pojav otrplosti pri pticah po sovjetskem biologu R. Potapovu imenovati hipotermija in ne hibernacija.

Do sedaj mehanizem hipotermije pri pticah ni bil v celoti raziskan. Padec ptic v stanje otrplosti v neugodnih življenjskih razmerah je adaptivna fiziološka reakcija, ki se je utrdila v procesu evolucije.

Kateri sesalci prezimijo?

Tako kot pri tistih živalih, o katerih smo že govorili, je pri sesalcih hibernacija biološka prilagoditev za preživetje v neugodnem letnem času. Kljub dejstvu, da živali s konstantno telesno temperaturo običajno prenašajo hladne podnebne razmere, je pomanjkanje primerne hrane pozimi postalo razlog za pridobitev in postopno utrjevanje v procesu evolucije nekaterih od njih tega posebnega nagona - porabe neugodnih živil. zimsko sezono v neaktivnem stanju hibernacije.

Glede na stopnjo otrplosti ločimo tri vrste hibernacije:

1) blaga otrplost, ki zlahka preneha (rakuni, jazbeci, medvedi, rakunasti psi);

2) popolna otrplost, ki jo spremlja občasno prebujanje le v toplejših zimskih dneh (hrčki, veverički, netopirji);

3) pravo neprekinjeno hibernacijo, ki je stabilna, dolgotrajna otrplost (suraki, ježi, svizci, jerboi).

Pred zimsko hibernacijo pri sesalcih poteka določena fiziološka priprava telesa. Sestoji predvsem iz kopičenja maščobnih rezerv, predvsem pod kožo. Nekateri zimski hibernatorji doživljajo hibernacijo. podkožne maščobe doseže 25% skupna masa telesa. Na primer, zemeljske veverice pridobivajo težo tudi v začetku jeseni, njihova telesna teža se poveča trikrat v primerjavi s pomladno-poletno težo. Pred zimskim spanjem tako ježi kot rjavi medvedi, pa tudi vsi netopirji.

Drugi sesalci, kot so hrčki in veverički, ne nabirajo velikih zalog maščobe, temveč hranijo hrano v svojih zavetjih, ki jo lahko porabijo med kratkimi obdobji prebujanja pozimi.

Vse vrste sesalcev med zimskim spanjem nepremično ležijo v svojih rovih, zvite v klobčič. To je najboljši način za ohranjanje toplote in omejitev izmenjave toplote z okoljem. Zimska bivališča mnogih sesalcev so naravne votline stebel in drevesna dupla.

Med žužkojedimi sesalci jež med pripravami na hibernacijo na osamljenem mestu nabira mah, listje, seno in si naredi gnezdo. Toda v svoj novi dom se "naseli" šele, ko se temperatura zniža za dolgo časa je pod 10° C. Pred tem jež obilno jé, da bi kopičil energijo v obliki maščobe.

Zimsko spanje rjavega medveda je rahla otrplost. V naravi si medved poleti nabere debelo plast podkožnega maščevja in se tik pred nastopom zime uleže v svoj brlog za zimsko spanje. Običajno je brlog pokrit s snegom, zato je v njem precej topleje kot zunaj. Med zimskim spanjem telo medveda uporablja nakopičene maščobne zaloge kot vir hranilnih snovi in ​​tudi varuje žival pred zmrzovanjem.

S fiziološkega vidika je za hibernacijo pri sesalcih značilna oslabitev vseh vitalnih funkcij telesa na minimum, ki bi jim omogočil preživetje neugodnih zimskih razmer brez hrane.

Za razliko od rastlin so živali heterotrofi. To je ime za organizme, ki niso sposobni ustvarjati organska snov iz anorganskih. Organske snovi, potrebne za njihovo telo, ustvarjajo iz organskih snovi, ki jih dobijo s hrano. Za razliko od živali rastline tvorijo organske snovi iz anorganskih, pri čemer za to uporabljajo svetlobno energijo. Toda v življenju živali svetloba prav tako igra pomembno vlogo. Mnoge živali imajo vidne organe, ki jim omogočajo navigacijo v prostoru, razlikovanje osebkov svoje vrste od drugih, iskanje hrane, selitev itd. Nekatere živalske vrste so aktivne podnevi ( Falconiformes, lastovke, zebre), drugi - ponoči ( ščurki, sove, ježki).

Večina živalskih vrst živi v razmerah, ki se med letom spreminjajo. Spomladi se trajanje dnevne svetlobe postopoma povečuje, s pristopom jeseni pa se začne zmanjševati. Z odzivom na spremembe v dolžini dnevne svetlobe se lahko živali vnaprej pripravijo na začetek sprememb v naravi. Reakcija organizmov na spremembe dnevnih ur se imenuje fotoperiodizem.

Še ena pomemben dejavnik nežive narave ki vpliva na življenjsko aktivnost organizmov je temperaturo. U hladnokrvne živali (nevretenčarji, ribe, dvoživke, plazilci) telesna temperatura je odvisna od temperature okolja. Pri nizkih temperaturah preidejo v stanje otrplosti.

Toplokrvne živali (ptice, sesalci) lahko vzdržujejo telesno temperaturo, ne glede na njene spremembe v okolju, na bolj ali manj stalni ravni. Za to morajo porabiti veliko energije. Zato se pozimi soočajo z akutno težavo iskanja hrane.

Živali, ki živijo pri nizkih temperaturah, se imenujejo hladnoljuben (pingvini, polarni medved , globokomorske ribe in itd.). Te živali imajo dobro razvito dlako ali perje, plast podkožne maščobe itd.

Vrste, ki živijo v pogojih povišanih temperatur, imenujemo termofilne (madrepore korale, antilopa, povodni konji, papagajski slog in itd.) (Slika 276, 4-6). Mnoge vrste lahko živijo v pogojih občasnih temperaturnih sprememb. Imenujejo se hladno odporen (volkovi, lisice, jopa s kapuco in itd.) .

Še ena okoljski dejavnik, ki v življenju živali pomembno vlogo, je vlažnost . Telo mnogih živali vsebuje 50-60% vode, telo meduz pa do 98%. Voda zagotavlja transport snovi po telesu, sodeluje pri njihovih kemičnih pretvorbah, uravnavanju telesne temperature, odstranjevanju končnih produktov presnove itd. Med živalmi so vlagoljuben, odporen na sušo in suholjubec. TO vlagoljuben vključujejo tiste vrste živali, ki lahko živijo le v pogojih visoke vlažnosti (npr. lesna uši, deževniki , dvoživke). Za razliko od njih, suholjubne vrste (sveti hrošč skarabej, pogled na puščavo kača in kuščarji itd.) lahko učinkovito zadržujejo vodo v telesu. To jim daje možnost, da živijo v sušnih stepah in puščavah. Številne živalske vrste so razvrščene kot odporen na sušo: lahko preživijo določena sušna obdobja (številne vrste Žukov, plazilci, sesalci in itd.).

Za živali, ki živijo v vodno okolje, pomembno solna sestava vode. Nekatere vrste protozojev, rakov in rib lahko živijo samo v sladkih vodnih telesih, druge - samo v morjih. Material s strani

Živali, ki preživijo dolga obdobja neugodnih razmer. Obdobja neugodnih razmer živali doživljajo na različne načine. Na primer, pozimi nekatere vrste živali prezimujejo ( Rjavi medved, jež, jazbec itd.). To jim omogoča zmanjšanje porabe energije v razmerah pomanjkanja hrane. Med prebivalci puščave lahko poleti, v sušnem obdobju, nastopi hibernacija. Enocelične živali prenašajo neugodne razmere na stopnji ciste. Številni nevretenčarji preživijo neugodne razmere v fazi jajčeca (med raki - ščitarice, številne žuželke).

Med neživi dejavniki Največji vpliv na živali imajo:

• svetloba;
• temperatura;
• vlažnost;
• solna sestava vode.

Na tej strani je gradivo o naslednjih temah:

• Dejavniki neživega habitata

• Kateri dejavnik nežive narave vpliva na bor

• Neugodne naravne razmere

• Vpliv različnih dejavnikov za drugo svetovno vojno biološke narave

• Kako živali vplivajo na neživo naravo

Vprašanja o tem gradivu:

Menjava letnih časov v zmernem pasu vključuje pomembne spremembe v življenju narave, povezana predvsem s temperaturnimi spremembami. Prilagoditve rastlin in živali, povezane s spremembami zunanjih pogojev, imajo različne oblike in manifestacije: sesalcem raste gosta podlanka, ptice selivke spremenijo svoj življenjski prostor, se druge ptice prekrijejo s puhom, ki je slab prevodnik toplote in ščiti živali pozimi pred podhladitvijo.

Priprave na zimo

Sredi poletja se rast številnih rastlinskih vrst ustavi, število cvetočih rastlin se zmanjša, razmnoževanje ptic se konča. Začne se zorenje plodov in semen; Priprava na zimo postane bolj opazna.

Rastline kopičijo rezervna hranila v prezimnih organih: koreninah, korenikah, čebulicah, gomoljih.

Pri žuželkah se maščoba kopiči v posebnih organih – maščobnih telesih. Maščoba se pri številnih sesalcih odlaga tudi v podkožje. Jeseni se talijo ptice in sesalci. Listje pada z dreves in grmovja.

Stanje globokega počitka

Številne vrste organizmov so pridobile sposobnost preživetja v neugodnih razmerah (visoke ali zelo nizke temperature, zmanjšana vlažnost, pomanjkanje hrane itd.) v stanju globokega počitka. Zanj je značilno zmanjšanje fizioloških procesov, počasnejša izmenjava plinov, prenehanje prehrane in nepokretnost živali.

Temperatura, ki povzroča to stanje, se med vrstami razlikuje. Pri nekaterih žuželkah, ribah in dvoživkah se globok počitek pojavi že, ko temperatura pade na +15 ° C, pri drugih - pri +10 ° C, pri tretjih - šele pri temperaturi blizu 0 ° C.

Pri različnih rastlinskih vrstah različni organi doživljajo zimsko mirovanje. Čebulice imajo čebulice, praproti in številne druge korenike, sladki grah podzemne gomolje, bodika k tlom stisnjene listne rozete, večina rastlin pa semena.

Nevretenčarji lahko prezimijo na različnih stopnjah razvoja. Tako je navadni malarični komar v fazi odrasle žuželke, spomladanski komar je v fazi ličinke, votli komar je v fazi jajčeca, kapusov metulj pa je v fazi lutke.

Jeseni in pozimi se rastline in žuželke bolj navadijo na mraz in postanejo bolj odporne nanj nizke temperature. To se imenuje utrjevanje.

Anabioza živali in rastlin

Organizmi v stanju mirovanja so še posebej odporni na neugodne razmere. V suspendirani animaciji so življenjski procesi začasno ustavljeni ali tako zmanjšani, da ni vidnih manifestacij življenja.

Pri cvetočih rastlinah je stanje mirovanja del običajnega življenjskega cikla. Posušena semena ostanejo uspešna več let. Pri številnih nevretenčarjih (praživali, nižji raki, rotatorji) pride do mirovanja, ko se mlake in močvirja, v katerih živijo, izsušijo.

Drugi nevretenčarji preidejo v stanje mirovanja, ko zamrznejo. Praživali in nekateri členonožci (vodne bolhe, kiklopi, žuželke) lahko zmrznejo v led.

V posebej zasnovanih poskusih so gosenice metulja preživele zmrzovanje pri temperaturi -7,9°C, valjaste gliste pa -183°C. Trosi mahov in praproti ter semena žit so po sušenju izpostavili temperaturi -272°C in ohranili kalivost.

Ugotovljeno je bilo, da je vrnitev v aktivno življenje iz stanja suspendirane animacije mogoča le, če tkivna tekočina ne tvori kristalov, ampak ostane v prehlajenem stanju. To je posledica dejstva, da se v tkivih tvori glicerol, ki preprečuje zmrzovanje.

Fiziologija zimskega spanja

Zmanjšanje hitrosti metabolizma, ki ga najdemo pri sesalcih, se kaže v obliki hibernacije. Razlogi za njegov nastanek so znižanje temperature, pa tudi pomanjkanje hrane tako pozimi kot poleti, ko vegetacija v stepi in puščavi izgori zaradi vročine.

Hrčki, veverički, netopirji, ježi in nekatere vrste škržatov preidejo v zimsko spanje. zimsko spanje Pri drugih vrstah zemeljskih veveric je opaziti estivacija, običajno v suhi polovici poletja. Med hibernacijo se aktivna termoregulacija zmanjša, telesna temperatura pade skoraj na sobno temperaturo in vse funkcije se upočasnijo. Srčni utrip netopirji, na primer, pade s 420 na 16 na minuto.

Nekateri sesalci – medvedi, jazbeci, rakunasti psi, veverice – preidejo v zimski spanec, med katerim se močno zmanjša tudi presnova, ni pa padca telesne temperature.

Posebne naprave

Za dokončanje življenjskega cikla nekatere rastline, žuželke in številni drugi organizmi potrebujejo hlajenje in gredo skozi zimske faze mirovanja. V tem času se izvajajo določeni fiziološki procesi, ki telo pripravijo na nove aktivne življenjske aktivnosti.

Mati narava ima zelo trmasto naravo. Vedno se trudi premagati vse težke razmere, ki jih ustvarijo neumorne sile našega planeta, in prav v takih ekstremnih razmerah se iznajdljivost naravnega sveta pokaže v vsem svojem sijaju. V velikem številu primerov se zdi, da je narava pametnejša od katerega koli znanstvenika in izumlja načine preživetja, ki lahko služijo kot vir navdiha za človekovo željo po premagovanju kakršnih koli težkih razmer. Spodaj je deset primerov neverjetnih prilagoditev živali na ekstremne temperature in druge neugodne razmere:

10. Arktične ribe

Ribe so poikilotermni organizmi ali preprosto povedano hladnokrvne živali, kar pomeni, da nižje ko je temperatura njihovega okolja, težje ohranjajo svoje presnovne funkcije. Poleg tega se z nižanjem temperature v celicah njihovega telesa tvorijo ledeni kristali in tako lahko žival utrpi nepopravljivo škodo, ki jo na koncu pripelje do smrti. Čeprav arktične ribe nimajo razkošja ustvarjanja lastne toplote kot telesa tjulnjev in drugih morski sesalci ki živijo v isti ledeni vodi, se zdi, da uspevajo, in kako to počnejo, je znanstvenike dolgo begalo.

Razlago smo našli v Zadnja leta, ko so odkrili protein proti zmrzovanju, ki preprečuje nastajanje ledenih kristalov v njihovi krvi. Kako točno ta beljakovina deluje, pa so odkrili šele pred tremi leti v študiji, ki jo je izvedel Volkswagen (da, proizvajalec avtomobilov). Protein preprečuje nastajanje ledu v molekulah, ki ga obdajajo, in tako omogoča celicam, da nadaljujejo svoje življenski krog. Ta pojav je dosežen zaradi dejstva, da protein upočasnjuje molekule vode, ki so običajno v stanju neprekinjenih plesnih gibov. To preprečuje nastajanje in lomljenje vezi, ki so potrebne za tvorbo ledu. Podoben protein so našli pri več vrstah hroščev, ki živijo na visokih nadmorskih višinah ali v neposredni bližini arktičnega kroga.

9. Zamrzovanje za preživetje


Arktične ribe se izogibajo zmrzovanju, druge živali pa so se razvile tako, da popolnoma zmrznejo, da preživijo hladno sezono. Naj se sliši še tako paradoksalno, več vrst žab in želv skoraj popolnoma zmrzne in v tem stanju preživi vso zimo. Zanimivo je, da zmrznejo v trdno stanje, in če tako zamrznjeno, a živo žabo vržete v okno, se bo takoj zlomila, kot da bi jo zadel kos ledu. Potem pa žabe čudežno spomladi odtaja nazaj v živo stanje. Ta izjemna tehnika preživetja pozimi je posledica dejstva, da sečnina in glukoza (ki izhajata iz pretvorbe glikogena v jetrih, ki se pojavi pred zamrzovanjem) omejita količino ledu in zmanjšata osmotsko krčenje celic, ki bi sicer povzročilo smrt celic. žival. Z drugimi besedami, sladkor žabi omogoča preživetje. Vendar pa ima njihova odpornost mejo: čeprav so videti popolnoma trdne, ko so zamrznjene, živali morda ne bodo preživele, če jim zamrzne več kot 65 odstotkov vode v telesu.

8. Kemična toplota


Še vedno smo v svetu hladnokrvnih živali. Večina se nas je pri pouku fizike naučila, da manjši kot je predmet, težje zadržuje toploto. Poleg tega vemo, da so hladnokrvne živali precej letargične in sposobne le kratkih izbruhov energije. Kljub temu, da so žuželke poikilotermna bitja, pa so zelo aktivne in svojo energijo pridobivajo z ustvarjanjem telesne toplote s kemičnimi in mehanskimi sredstvi, običajno s hitrimi in stalnimi gibi mišic. Lahko potegnemo vzporednico med žuželkami in ogrevanjem dizelskega motorja pozimi pred zagonom. Tega ne počnejo le zato, da ustvarijo energijo, potrebno za vzdrževanje leta, ampak tudi zato, da se pozimi zaščitijo pred mrazom, čebele se na primer stiskajo in drhtijo, da ne zmrznejo.

7. Encistment


Protozoji, bakterije in spore ter nekatere ogorčice uporabljajo encistacijo (kar je vstop v stanje mirovanja in ločitev od zunanji svet z uporabo trde celične stene), da dolgo vzdrži neugodne pogoje. Zelo dolga časovna obdobja.

Pravzaprav je ravno zaradi tega encistacija eden najimenitnejših dosežkov v naravnem svetu: znanstvenikom je uspelo oživiti bakterije in spore, ki so bile stare milijone let – najstarejša izmed njih je bila stara približno 250 milijonov let (da, starejši od dinozavrov). Encistacija je morda edini način, da Park Jurski bi lahko postala resničnost. Po drugi strani pa si predstavljajte, kaj bi se zgodilo, če bi znanstveniki oživili virus, ki je povzročil Človeško telo brez zaščite...

6. Naravni radiatorji


Ohranjanje hladnega je v tropskih območjih izziv, zlasti pri večjih ali bolj energičnih živalih. Naravni radiatorji so učinkovita metoda zniževanje telesne temperature: na primer, ušesa slonov in zajcev so polna krvnih žil in pomagajo živalim pri hlajenju telesa v vročini. Arktični zajci imajo veliko manjša ušesa, tako kot volnati mamuti; narava je naredila njihova ušesa majhna, da jih zaščiti pred mrazom. Radiatorje so našli tudi v prazgodovini, pri živalih, kot je Dimetrodon, ki je živel v Permsko obdobje ali po mnenju nekaterih znanstvenikov pri dinozavrih iz družine stegozavrov, katerih plošče so bile nasičene s posodami za lažjo izmenjavo toplote.

5. Megatermija


Preveč velika številka je lahko slabost za bitja, ki živijo v tropskih območjih, saj morajo stalno zniževati telesno temperaturo. Vendar pa lahko v hladnih vodah velika hladnokrvna bitja uspevajo in so precej energična. Predpogoj za to je velikost: megatermija je sposobnost ustvarjanja toplote iz telesne mase, pojav, ki ga najdemo pri usnjatih morske želve(največje želve na svetu) ali pri velikih morskih psih, kot je velika Beli morski pes ali mako morskega psa. To povišanje telesne temperature omogoča tem bitjem, da so v mrzlih vodah precej energična – pravzaprav so usnjate morske želve najhitrejši plazilci na Zemlji, saj lahko v kratkem naletu dosežejo hitrost do 32 kilometrov na uro.

4. Spremembe lastnosti krvi


Da bi preživele v ekstremnih razmerah, so nekatere živali razvile različne tipe krvne sestave: na primer kit sperme in azijska paličasta gos. Obe vrsti imata nenavadno sposobnost, da v svojih krvnih celicah shranita veliko več kisika kot druge živali. Vendar to potrebujejo iz različnih razlogov: kit sperme mora dolgo zadržati dih zaradi dejstva, da se potopi v večja globina v iskanju hrane. Gos s paličasto glavo mora vzdrževati živahen let nad himalajskim gorovjem, na višinah, na katerih leti, pa je v zraku zelo malo kisika.

3. Dihalna prilagoditev


V tropskih in ekvatorialnih regijah lahko spreminjanje letnih časov povzroči katastrofo za številne živali. Deževno obdobje lahko pomeni pogoste poplave, v katerih umrejo številne kopenske živali, sušno obdobje pa pomeni pomanjkanje vode, kar je seveda slabo za vse. Med živalmi, ki se jim je narava zelo potrudila, da bi zagotovila preživetje, so tudi ribe, ki dihajo zrak. Mnogi od nas so slišali za pljučna riba, ki spada v nadred pljučnih rib, ki ustvari sluznično vrečko, da se zaščiti pred sušo, vendar nekatere vrste somov in jegulj ne le dihajo zrak, ampak lahko potujejo tudi po kopnem med vodnimi telesi. Te ribe ne morejo pridobivati ​​kisika iz zraka skozi pljuča ali škrge, temveč z uporabo posebnih predelov črevesja.

2. Življenje v peklu


Odkar so jih odkrili, so hidrotermalni vrelci ovrgli številne teorije, ki so jih postavili znanstveniki o globokomorskem življenju. morsko življenje. Temperatura vode, ki obdaja te odprtine, presega vrelišče, vendar čisti pritisk vode na teh globinah preprečuje nastanek kakršnih koli mehurčkov. Hidrotermalni vrelci nenehno sproščajo vodikov sulfid, ki je zelo strupen za večino življenjskih oblik. Vendar so te peklenske luknje pogosto obdane s kolonijami različnih naravnih organizmov, od katerih večina očitno uspeva v strupenem svetu brez sonca. Ta bitja so se lahko spopadla s pomanjkanjem sončne svetlobe (za katero vemo, da je nujna za večino življenjskih oblik, saj sproži sintezo vitamina D) in neverjetno visokimi temperaturami. Glede na to, da so številna globokomorska bitja, ki živijo okoli odprtin, precej primitivna z evolucijskega vidika, znanstveniki zdaj poskušajo ugotoviti, ali so bile te odprtine pravi izvor življenja, ki se je prvič pojavilo pred približno 3,5 milijarde let.

1. Pogumna kolonizacija


Omeniti velja, da ta točka na našem seznamu še vedno nima temeljite znanstvene razlage: v kraterju vulkana Masaya gnezdi ena vrsta papige, ki je endemična za Nikaragvo, mehiška aratinga holochlora. Težko razložljiv del je, da krater nenehno sprošča pline žveplov dioksid, ki so precej smrtonosni. Kako lahko te papige gnezdijo v okolju, ki zlahka ubije ljudi in druge živali v nekaj minutah, je za znanstvenike še vedno uganka, kar dokazuje, da se mati narava v svoji odločenosti osvojiti vesolje ne boji nobenih ovir. Medtem ko so živali, ki živijo v bližini globokomorskih odprtin, imele milijone let evolucije, da so se prilagodile življenju v takih razmerah, so se zelene papige iz kraterja Masaya v evolucijskem smislu začele ukvarjati s tem načinom življenja šele pred kratkim. S preučevanjem takšnih neustrašnih vrst lahko ljudje bolje razumejo, kako deluje čudež vesolja – evolucija – tako kot je Charles Darwin med svojim potovanjem na ladji Beagle opazoval ščinkavce na Galapaških otokih.

Prilagajanje- to je prilagoditev organizma na okoljske razmere zaradi kompleksa morfoloških, fizioloških in vedenjskih značilnosti.

Različni organizmi se prilagajajo različnim okoljskim razmeram in posledično vlagoljubni hidrofiti in "suhi nosilci" - kserofiti(slika 6); rastline slanih tal – halofiti; rastline, odporne na senco ( sciofiti), in zahteva za normalen razvoj polno sonce ( heliofiti); živali, ki živijo v puščavah, stepah, gozdovih ali močvirjih, so nočne ali dnevne. Imenujejo se skupine vrst s podobnim odnosom do okoljskih razmer (to je, ki živijo v istih ekotopih). okoljske skupine.

Sposobnost prilagajanja rastlin in živali na neugodne razmere je različna. Ker so živali mobilne, so njihove prilagoditve bolj raznolike kot pri rastlinah. Živali lahko:

– izogibajte se neugodnim razmeram (ptice letijo na toplejše podnebje, jeleni in drugi parkljarji tavajo v iskanju hrane itd.);

– padec v začasno animacijo – začasno stanje, v katerem so življenjski procesi tako počasni, da so njihove vidne manifestacije skoraj popolnoma odsotne (otrplost žuželk, hibernacija vretenčarjev itd.);

– prilagajajo se življenju v neugodnih razmerah (pred zmrzaljo jih rešujeta dlaka in podkožna maščoba, puščavske živali imajo prilagoditve za varčno rabo vode in hlajenje itd.). (slika 7).

Rastline so neaktivne in vodijo pritrjen življenjski slog. Zato sta zanje možni le zadnji dve možnosti prilagajanja. Tako je za rastline značilno zmanjšanje intenzivnosti vitalnih procesov v neugodnih obdobjih: odvržejo liste, prezimijo v obliki mirujočih organov, zakopanih v tleh - čebulice, korenike, gomolji, in ostanejo v stanju semen in trosov. v zemlji. Pri briofitih ima celotna rastlina sposobnost anabioze, ki lahko v suhem stanju preživi več let.

Odpornost rastlin na neugodne dejavnike se poveča zaradi posebnih fizioloških mehanizmov: sprememb osmotskega tlaka v celicah, regulacije intenzivnosti izhlapevanja z želodci, uporabe "filtrirnih" membran za selektivno absorpcijo snovi itd.

Prilagoditve v različnih organizmih se razvijejo s pri različnih hitrostih. Najhitreje se pojavijo pri žuželkah, ki se v 10–20 generacijah lahko prilagodijo delovanju novega insekticida, kar pojasnjuje neuspeh kemičnega nadzora gostote populacij žuželk. Proces razvijanja prilagoditev pri rastlinah ali pticah poteka počasi, skozi stoletja.

Opažene spremembe v vedenju organizmov so običajno povezane s skritimi lastnostmi, ki so jih imeli tako rekoč »v rezervi«, a so se pod vplivom novih dejavnikov pojavile in povečale stabilnost vrste. Takšne skrite lastnosti pojasnjujejo odpornost nekaterih drevesnih vrst na industrijsko onesnaženje (topol, macesen, vrba) in nekaterih plevelnih vrst na herbicide.

V isto ekološko skupino pogosto spadajo organizmi, ki si med seboj niso podobni. To je posledica dejstva, da se lahko različne vrste organizmov različno prilagajajo istemu dejavniku okolja.

Na primer, drugače doživljajo mraz toplokrven(se imenujejo endotermna, iz grških besed endon - znotraj in terme - toplota) in hladnokrvnega (ektotermično, iz grškega ektos - zunaj) organizmov. (Slika 8.)

Telesna temperatura endotermnih organizmov ni odvisna od temperature okolja in je vedno bolj ali manj konstantna, njena nihanja ne presegajo niti največ 2–4 o hude zmrzali in najbolj intenzivno vročino. Te živali (ptice in sesalci) ohranjajo telesno temperaturo z notranjim ustvarjanjem toplote na podlagi intenzivnega metabolizma. Telesno toploto ohranjajo s toplimi »plašči« iz perja, volne itd.

Fiziološke in morfološke prilagoditve dopolnjuje adaptivno vedenje (izbira zavetnih krajev za prenočevanje, gradnja rovov in gnezd, skupinsko prenočevanje pri glodavcih, tesne skupine pingvinov, ki grejejo drug drugega itd.). Če je temperatura okolice zelo visoka, se endotermni organizmi ohladijo s posebnimi napravami, na primer z izhlapevanjem vlage s površine sluznice ustne votline in zgornjih dihalnih poti. (Zaradi tega v vročem vremenu pes pospeši dihanje in iztegne jezik.)

Telesna temperatura in mobilnost ektotermnih živali je odvisna od temperature okolja. V hladnem vremenu žuželke in kuščarji postanejo letargični in neaktivni. Mnoge vrste živali imajo možnost izbire prostora z ugodnimi pogoji temperature, vlažnosti in sončne svetlobe (kuščarji se sončijo na osvetljenih skalnih ploščah).

Vendar pa absolutni ektotermizem opazimo le pri zelo majhnih organizmih. Večina hladnokrvnih organizmov je še vedno sposobna šibke regulacije telesne temperature. Na primer, pri aktivno letečih žuželkah - metuljih, čmrljih se telesna temperatura vzdržuje pri 36–40 o C tudi pri temperaturah zraka pod 10 o C.

Podobno se vrste ene ekološke skupine v rastlinah razlikujejo po videzu. Prav tako se lahko prilagodijo enakim okoljskim razmeram različne poti. Tako različne vrste kserofitov varčujejo z vodo na različne načine: nekateri imajo debele celične membrane, drugi imajo pubescenco ali voskasto prevleko na listih. Nekateri kserofiti (na primer iz družine Lamiaceae) oddajajo hlape eteričnih olj, ki jih ovijejo kot »odeja«, kar zmanjša izhlapevanje. Koreninski sistem pri nekaterih kserofitih je močna, gre v tla do globine nekaj metrov in doseže nivo podtalnice (kamelji trn), pri drugih je površinska, a močno razvejana, kar ji omogoča zbiranje padavinske vode.

Med kserofiti so grmi z zelo majhnimi trdimi listi, ki se lahko odvržejo v najbolj suhem letnem času (karagana v stepi, puščavski grmi), travne trave z ozkimi listi (perjanka, bilnica), sukulente(iz latinščine succulentus - sočno). Sukulente imajo sočne liste ali stebla, ki hranijo vodo in jih zlahka prenašajo. visoke temperature zrak. Med sukulente spadajo ameriški kaktusi in saksaul, ki raste v srednjeazijskih puščavah. Imajo posebno vrsto fotosinteze: ustja se odprejo za kratek čas in samo ponoči, v teh hladnih urah rastline shranijo ogljikov dioksid, podnevi pa ga porabijo za fotosintezo z zaprtimi ustji. (Slika 9.)

Pri halofitih opazimo tudi različne prilagoditve na preživetje neugodnih razmer na slanih tleh. Med njimi so rastline, ki so sposobne kopičiti soli v svojih telesih (slana trava, swede, sarsazan), izločajo odvečne soli na površino listov s posebnimi žlezami (kermek, tamarix), "ne dopuščajo" soli v svojih tkivih zaradi "koreninska pregrada", neprepustna za soli "(pelin). V slednjem primeru se morajo rastline zadovoljiti z majhno količino vode in imajo videz kserofitov.

Zato se ne smemo čuditi, da so v enakih razmerah med seboj različne rastline in živali, ki so se na te razmere različno prilagodile.

Kontrolna vprašanja

1. Kaj je prilagoditev?

2. Kako se lahko živali in rastline prilagodijo neugodnim okoljskim razmeram?

2. Navedite primere okoljske skupine rastline in živali.

3. Povejte nam o različnih prilagoditvah organizmov na preživetje enakih neugodnih okoljskih razmer.

4. Kakšna je razlika med prilagoditvami na nizke temperature pri endotermnih in ektotermnih živalih?