Народна освіта » Біологія » Біологічні адаптивні ритми організмів

Завантаження
 

Біологічні адаптивні ритми організмів

Автор: admin от 14-04-2013, 13:43, переглянуло: 3246


Одне з найзагальніших явищ, що відбуваються в природі - це сезонна і добова періодичність. Сезонна періодичність чіткіше виражена в помір. них і північних широтах, де зумовлює певну ритмічність життя організ­мів, тоді як у мешканців тропіків сезонні зміни здебільшого виявляються не так чітко. Чергування пір року пов’язане з рухом планет (насамперед з обертанням Землі навколо Сонця), який зумовлює зміни світлового режи­му, температури, вологості повітря. Добові ритми організмів спричинені обертанням Землі навколо власної осі. Між рухом небесних тіл і організ­мами, які населяють нашу планету, існує тісний зв’язок, унаслідок якого спостерігають періодичні (сезонні, добові, припливно-відпливні) зміни ін­тенсивності екологічних факторів. Живим істотам притаманні різнома­нітні механізми, які дають змогу визначати положення Сонця, певні фази Місяця тощо. Так, висота розташування Сонця над обрієм свідчить про час доби, а тривалість світлової її частини - про певний сезон. Це зумовлює формування в організмів адаптивних біологічних ритмів (біоритмів): до­бових, припливно-відпливних, сезонних, річних.

З біоритмами пов’язане явище біологічного годинника - здатності ор­ганізмів реагувати на плин часу. Меха­нізми цього явища ще остаточно не з’ясовані, але вважають, що воно ґрун­тується на чіткій періодичності фізико- хімічних процесів, які відбуваються в клітині. Це має важливе біологічне зна­чення, оскільки дає змогу узгоджувати фізіологічні ритми зі змінами довкілля.

Біоритми пов’язані з періодичною зміною інтенсивності дії різноманітних екологічних факторів - освітленості, припливів і відпливів тощо. Розрізня­ють добові, припливно-відпливні, сезон­ні, річні типи адаптивних біологічних ритмів організмів та їхніх угруповань.

Добові ритми. Унаслідок обертання Землі навколо своєї осі двічі на добу змінюється освітленість. Це зумовлює коливання температури, вологості та інших абіотичних факторів, що, в свою чергу, впливає на активність організ­мів. Зокрема, сонячне світло визначає періодичність фотосинтезу, час роз­криття та закриття квіток тощо. Зміна дня і ночі впливає на перебіг різних функцій організмів тварин: рухову ак­
тивність, інтенсивність процесів обміну речовин тощо (мал. 27.1). У людини за­реєстровано понад 100 життєвих функ­цій, залежних від часу доби.

Добові ритми також характерні для угруповань організмів. Наприклад, ма­си морських планктонних тварин удень пересуваються ближче до поверхні води, а вночі - опускаються вглиб. Ці міграції спричинені добовими змінами освітле­ності, температури. Услід за зоопланк­тоном переміщуються тварини, які ним живляться, та хижаки, що полюють на планктоноїдні види.

Припливно-відпливні ритми зумов­лені рухом Місяця навколо Землі, який притягує водні маси. Найбільш чітко вони виражені в мешканців припливно- відпливної зони (літоралі). Протягом мі­сячної доби (24 год 50 хв) відбувається по два припливи та відпливи. Щодобово фази припливів і відпливів зсуваються приблизно на 50 хв. При цьому двічі на місяць у період нового та повного місяця (приблизно кожні 14 діб, коли Земля,

Сонце й Місяць розташовуються на од­ній лінії) припливи стають максималь­ними. Таким чином, на добовий ритм припливів і відпливів накладається ще й місячний.

Під час відпливів мешканці літоралі закривають свої черепашки (мо­люски), будиночки (вусоногі раки), ховаються у ґрунт (кільчасті черви), змінюють своє забарвлення тощо. Натомість на ділянках, які звільнилися від води, з’являються тварини - мешканці наземно-повітряного середо­вища (кЛіщі, комахи, птахи тощо), які знаходять тут достатню кількість їжі (скупчення водоростей, рештки тварин та ін.). Активність літоральних гідробіонтів поновлюється під час відпливів. З періодами припливів і від­пливів пов’язані й періоди розмноження тварин певних видів.

Сезонні ритми пов’язані з обертанням Землі навколо Сонця, що зумовлює річні цикли змін кліматичних умов (мал. 27.2). З певними сезонами в орга­нізмів пов’язані періоди розмноження, розвитку, стану зимового спокою, у тварин - також періоди линяння, міграцій, сплячки тощо, у листопадних рослин - періоди листопаду. Отже, залежно від певного сезону в організмів спостерігають значні зміни інтенсивності основних процесів життєдіяльно­сті, поведінки. При цьому періоди активного живлення, розмноження й розвитку припадають зазвичай на сприятливі сезони, несприятливі ж різні організми можуть переживати в стані спокою (анабіозу тощо). Найчіткіше сезонні ритми виражені у вищих рослин, укорінених на певній ділянці, та тварин, що ведуть прикріплений спосіб життя. Сезонні ритми впливають не тільки на життєві процеси організмів, а й на їхню будову.

Багаторічні ритми. У багатьох організмів спостерігають менщ виражені багаторічні цикли, пов’язані з неперіодичною зміною соняч активності протягом кількох років (наприклад, масові розмноження перелітної сарани та деяких інших тварин). Звичайно періоди сонячної акти ності настають приблизно кожні 11 років.

Фотоперіодизм. Одним з провідних чинників, які впливають на бі логічні ритми, є фотоперіод - тривалість довжини світлого періоду * Реакція організмів на зміну довжини фотоперіоду дістала назву фото періодизму. Тривалість світлого періоду доби є найбільш стабільним з екологічних факторів, бо вона завжди постійна в певному місці в певний день року, тоді як інші чинники (температура, вологість, тиск тощо) можуть коливатись у значних межах щодобово. Здатність організмів реа­гувати на зміну довжин світлого та темного періодів доби дає змогу за- здалегідь адаптуватися до наступних сезонних змін умов існування. Яви­ще фотоперіодизму властиве різним організмам, але найбільш чітко виражене у видів, які живуть в умовах різких сезонних змін довкілля.

У рослин структурами, які сприймають зміну тривалості світлого пе­ріоду, насамперед є листки. Унаслідок цих змін у клітинах рослин утво­рюються біологічно активні речовини (фітогормони), які впливають на різ­номанітні процеси життєдіяльності (цвітіння, листопад, проростання насіння, бульб, цибулин та ін.). Залежно від реакції на довжину світлого періоду доби розрізняють рослини довгого та короткого дня (мал. 27.3). У рослин довгого дня (блекота, злаки, листопадні дерева тощо) збільшення тривалості світлого періоду стимулює процеси росту та розмноження, а його скорочення - гальмує, визначаючи перехід до стану зимового спокою. А рослини короткого дня (тютюн, рис, соя та ін.) цвітуть при скороченні тривалості світлого дня. Рослини короткого дня здебільшого зростають у низьких широтах, довгого - у високих і помірних. При цьому фотоперіо­дизм чіткіше виражений у рослин короткого дня.

У багатоклітинних тварин фотоперіодичні реакції регулюють нервова та ендокринна системи. Як приклад розглянемо вплив довжини світлого дня на розмноження в комах. У період найдовших днів у нервових кліти­нах самок деяких видів комах виробляються нейрогормони, під впливом яких вони відкладають яйця, що можуть тривалий час перебувати у стані спокою. Личинки із цих яєць виходять лише навесні наступного року, коли достатньо їжі та сприятливі кліматичні умови. Завдяки цьому регу­люється ріст чисельності популяцій, що запобігає виснаженню кормових ресурсів.

Довжина світлого дня впливає не лише на процеси життєдіяльності окремих особин або видів, а й на функціонування екосистем у цілому, зумовлюючи закономірні сезонні заміни одних видів іншими (напри­клад* тюльпани в степах і пустелях цвітуть і дають насіння навесні, потім їхні надземні частини відмирають, а цибулини залишаються в ґрунті в не­активному стані до наступної весни). Певні види перелітних птахів улітку входять до складу екосистем помірних кліматичних зон (ластівки, лелеки тощо), взимку - тропічних і субтропічних. У більшості рослин і холодно­кровних тварин взимку значно гальмуються процеси життєдіяльності.

Дослідження фотоперіодичних реакцій організмів має важливе прак­тичне значення. Змінюючи довжину світлого періоду в умовах штучного утримання свійських тварин і вирощування культурних рослин, вдається регулювати процеси їхнього росту та розвитку. Так. збільшуючи фотопері­од, можна підвищувати продуктивність рослин, стимулювати розмножен­ня, ріст, линяння тварин тощо.

Як організми пристосовуються до періодичних змін умов середови­ща життя?

Кожна жива істота пристосована до періодичних змін інтенсивності дії багатьох екологічних факторів.

Активні пристосування. Організми регулюють власні процеси життєді­яльності залежно від змін умов довкілля. Це дає змогу підвищити стійкість до несприятливих змін умов існування і здійснювати процеси життєдіяль­ності, незважаючи на них (наприклад, температура тіла птахів і ссавців за­лишається постійною навіть за сильних морозів, а пустельні членистоногі підтримують відносно сталий вміст води в тілі за умов значної посухи).

Пасивні пристосування. Процеси життєдіяльності організмів підпоряд- кованізмінам у довкіллі. Так, за зниження температури повітря у холодно­кровних тварин знижується інтенсивність процесів обміну, вони впадають у стан заціпеніння. Подібне спостерігають і в деяких теплокровних тварин (наприклад, зимова сплячка їжаків або бурих ведмедів). Листопадні росли­ни взимку припиняють фотосинтез, ріст, розвиток, зменшують інтенсив­ність транспірації або припиняють її взагалі. Щоб пережити несприятливі умови, тварини переміщуються в інші місця (міграції та кочівлі деяких ко­мах, риб, птахів, ссавців тощо) або найвразливіші фази розвитку завершу­ють у найбільш сприятливі періоди, а на несприятливі періоди припадають фази спокою (наприклад, фази яйця або лялечки в комах) (мал. 27.4).

Нові терміни та поняття: явище біологічного годинника, періодизм.


загрузка...
загрузка...

Категорія: Біологія