Адаптиционые режимы ритм. Биологические ритмы у человека. Биологические ритмы в популяциях: суточные. сезонные, годовые, многолетние. Приспособление организмов к сезонным изменениям в природе.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ ЧЕЛОВЕКА

Суточные ритмы по «биологическим часам»

РАННЕЕ УТРО

4-5 часов (по реальному, географическому времени, как и для акупунктурных точек) — организм готовится к пробуждению.

К 5 часам утра начинает снижаться продукция мелатонина, растёт температура тела.

Незадолго до пробуждения, около 5:00 часов утра по географическому, реальному местному времени, в организме начинается подготовка к предстоящему бодрствованию: нарастает продукция «гормонов активности» — кортизола, адреналина. В крови увеличивается содержание гемоглобина и сахара, учащается пульс, повышается артериальное давление (АД), углубляется дыхание. Начинает повышаться температура тела, увеличивается частота фаз быстрого сна, растет тонус симпатической нервной системы. Все эти явления усиливаются под действием света, тепла и шума.

УТРО

К 7-8 часам у «сов» — пик выброса в кровь кортизола (основного гормона надпочечников). У «жаворонков» — раньше, в 4-5 ч, у остальных хронотипов — около 5-6 ч.

С 7 до 9 утра — подъём, физкультура, завтрак.

9 часов — высокая работоспособность, быстрый счёт, хорошо работает кратковременная память.

С утра — усвоение новой информации, на свежую голову.

Через два-три часа после пробуждения — поберечь сердце.

9-10 ч — время строить планы, «шевелить мозгами». «Утро вечера мудренее»

9-11 ч — повышается иммунитет.

Эффективны лекарства, усиливающие сопротивляемость организма болезням.

ДЕНЬ

До 11 часов — организм в отличной форме.

12 — уменьшить физические нагрузки.

Активность головного мозга снижается. Кровь приливает к органам пищеварения. Постепенно начинает снижаться артериальное давление, пульс и мышечный тонус, соответственно, но температура тела растёт и дальше.

13 ± 1 час — обеденный перерыв

13-15 — полуденный и послеобеденный отдых (обед, «тихий час», сиеста)

После 14 часов — минимальна болевая чувствительность, наиболее эффективно и продолжительно действие обезболивающих препаратов.

15 — работает долговременная память. Время — вспомнить и хорошо запомнить нужное.

После 16 — подъём работоспособности.

15-18 ч — самое время заняться спортом. Жажду, в это время, обильно и часто утолять чистой кипяченой водой, горячей или тёплой — в зимнее время (для профилактики простуд, желудочно-кишечных заболеваний и болезней почек). Летом можно и холодную минералку.

16-19 — высокий уровень интеллектуальной активности. Домашние дела

ВЕЧЕР

19 ± 1 час — ужин.

Углеводная пища (натуральная — мёд и т.п.) способствует выработке особого гормона — серотонина, который благоприятствует хорошему ночному сну. Мозг активен.

После 19 часов — хорошая реакция

После 20 часов психическое состояние стабилизируется, улучшается память. После 21 часа почти в 2 раза возрастает количество белых кровяных телец (повышается иммунитет), температура тела понижается, продолжается обновление клеток.

С 20 до 21 — для здоровья полезна лёгкая физкультура, пешие прогулки на свежем воздухе

После 21 часа — организм готовится к ночному отдыху, температура тела понижается.

22 часа — время для сна. Иммунитет усилен, чтобы охранять организм во время ночного отдыха.

НОЧЬ

В первой половине ночи, когда преобладает медленный сон, выделяется максимальное количество соматотропного гормона, стимулирующего процессы клеточного размножения и роста. Недаром говорят, что во сне мы растем. Происходит регенерация и очищение тканей тела.

2 часа — у тех, кто не спит в это время, возможно состояние депрессии.

3-4 часа — самый глубокий сон. Минимальны температура тела и уровень кортизола, максимально содержание мелатонина в крови.

Биологические циклы в жизни животных: суточные, сезонные, многолетние

Биологические ритмы представляют собой периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают:

•         внутрисуточные

•         суточные,

•         сезонные,

•         годичные,

•         многолетние.

Биологические ритмы делят на:

•         экзогенные,

•         эндогенные.

Экзогенные (внешние) ритмы возникают как реакция на периодические изменения среды (смену дня и ночи, сезонов, солнечной активности). Эндогенные (внутренние) ритмы генерируются самим организмом. Ритмичность имеют процессы синтеза ДНК, РНК и белков, работа ферментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдвигать фазы этих ритмов и менять их амплитуду.

Биологические ритмы — периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Например, ритмичность в делении клеток, синтезе ДНК и РНК, секреции гормонов, суточное движение листьев и лепестков в сторону Солнца, осенние листопады, сезонное одревеснение зимующих побегов, сезонные миграции птиц и млекопитающих и т.д.

Биологические ритмы — это колебания смены и интенсивности физиологических реакций, в основе которых лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов.

Суточные биологические ритмы выражаются в закономерных колебаниях физиологических явлений и поведения животных в течение суток. В основе их лежат автоматические механизмы, которые корректируются воздействием внешних факторов — суточными колебаниями освещённости, температуры, влажности и др. Суточные биоритмы ярко выражены у животных, время активной деятельности и отдыха у разных видов меняется по-разному. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) — период бодрствования наступает с темнотой.

В основе сезонных биоритмов лежат те же изменения обмена веществ, регулируемые у животных с помощью гормонов. В разные сезоны меняются состояние и поведение организмов в пределах популяции или биоценоза:

•         происходит накопление (расходование) резервных веществ,

•         смена покровов (линька),

•         начинаются (заканчиваются) размножение, миграции животных, спячка и другие сезонные явления.

Будучи в значительной мере автоматизированными, эти явления корректируются внешними влияниями (состоянием погоды, запасов пищи и т.п.).

Многолетние биологические ритмы обусловливаются циклическими колебаниями.

Приспособление организмов к сезонным изменениям в природе

Сезонная периодичность относится к числу наиболее общих явлений в живой природе. Она особенно ярко выражена в умеренных и северных широтах. В основе внешне простых и хорошо знакомых нам сезонных явлений в мире организмов лежат сложные приспособительные реакции ритмического характера, которые выяснены сравнительно недавно.

Сезонность в природе

В качестве примера рассмотрим сезонную периодичность в центральных районах Российской Федерации. Здесь ведущее значение для растений и животных имеет годовой ход температуры. Период, благоприятный для жизни, продолжается около шести месяцев.

 

Признаки весны появляются, как только начинает сходить снег. Еще не распустив листья, зацветают некоторые ивы, ольха, лещина; на проталинах даже сквозь снег пробиваются ростки первых весенних растений; прилетают перелетные птицы; появляются перезимовавшие насекомые.

В середине лета, несмотря на благоприятную температуру и обилие осадков, рост многих растений замедляется или полностью прекращается. Уменьшается количество цветущих растений. Заканчивается размножение птиц. Вторая половина лета и ранняя осень — период созревания плодов и семян у большинства растений и накопления питательных веществ в их тканях. В это время уже заметны признаки подготовки к зиме. У птиц и млекопитающих начинается осенняя линька, перелетные птицы сбиваются в стаи.

Еще до прихода устойчивых морозов в природе наступает период зимнего покоя.

Состояние зимнего покоя

Зимний покой не просто остановка развития, вызванная низкой температурой, а очень сложное физиологическое приспособление. У каждого вида состояние зимнего покоя наступает лишь на определенной стадии развития. Так, у растений (в зависимости от вида) зимуют семена, надземные и подземные части с покоящимися почками, а у некоторых травянистых растений — прикорневые листья. На разных стадиях развития наступает зимний покой у насекомых. Малярийный комар и бабочки-крапивницы зимуют в стадии взрослого насекомого, бабочки-капустницы — в стадии куколки, непарный шелкопряд — в стадии яйца.

Зимующие стадии растений и животных имеют много сходных физиологических особенностей. Значительно снижена интенсивность обмена. Ткани организмов, находящихся в состоянии зимнего покоя, содержат много запасных питательных веществ, особенно жиров и углеводов, за счет которых поддерживаются сниженные процессы обмена в течение зимовки. Обычно уменьшается количество воды в тканях, особенно в семенах, зимних почках растений. Благодаря всем этим особенностям покоящиеся стадии способны длительно переживать суровые условия зимовки.

 

Классификация животных по отношению к свету: дневные, ночные, сумеречные виды. Экологические группы растений по отношению к свету: гелиофиты( светолюбивые), сциофиты (тенелюбивые), факультативные гелиофиты (теневыносливые)

 

Экологические группы животных по отношению к свету и их адаптивные способности

Для животных солнечный свет не является таким необходимым фактором, как для растений. Тем не менее, разные виды животных нуждаются в свете определённого спектрального состава, интенсивности и длительности освещения. Отклонения от нормы подавляют их жизнедеятельность и приводят к гибели.

Различают светолюбивые виды – фотофиллы и тенелюбивые- фотофобы.

Рассеянные, отражённые от окружающих предметов лучи, воспринимаемые органами зрения животных, дают им значительную часть информации о внешнем мире. Полнота зрительного восприятия зависит от степени эволюционного развития: у беспозвоночных- глаза это просто светочувствительные клетки. Образное видение возможно при сложном устройстве глаза. Пауки могут различать контуры движущихся предметов на расстоянии 1-2 см. наиболее совершенные органы зрения- глаза позвоночных, головоногих моллюсков и насекомых. Объемное зрение зависит от угла расположения глаз и от степени перекрывания их полей зрения (человек, приматы, совы, соколы, грифы). Животные, у которых глаза расположены по бокам головы, имеют монокулярное, плоскостное зрение.

Некоторые животные (змеи) видят инфракрасную часть спектра и ловят добычу в темноте. Для пчёл видимая часть спектра сдвинута в более коротковолновую область. Они воспринимают УФЛ, но не различают красный свет.

Кроме эволюционного уровня, развитие зрения и его особенности зависят от экологической обстановки и образа жизни конкретных видов. У постоянных обитателей пещер, куда не проникает солнечный свет, глаза могут быть полностью или частично редуцированы, как, например, у слепых жуков жужелиц и др.

Способность к различению цвета в значительной мере зависит и от того, при каком спектральном составе излучения существует или активен вид. Большинство млекопитающих, ведущих происхождение от предков с сумеречной и ночной активностью, плохо различают цвета и видят все в черно-белом изображении (собачьи, кошачьи, хомяки и др.). Такое же зрение характерно для ночных птиц (совы, козодои). Дневные птицы имеют хорошо развитое цветовое зрение.

Жизнь при сумеречном освещении приводит часто к гипертрофии глаз. Огромные глаза, способные улавливать ничтожные доли света, свойственны ведущим ночной образ жизни лемурам, обезьянам лори, долгопятам, совам и др.

Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних перелетов и миграций. Птицы, например, с поразительной точностью выбирают направление полета, преодолевая иногда многие тысячи километров от гнездовий до мест зимовок. Доказано, что при таких дальних перелетах птицы хотя бы частично ориентируются по Солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света. При вынужденном отклонении от курса они способны к навигации, т. е. к изменению ориентации, чтобы попасть в нужную точку Земли. При неполной облачности ориентация сохраняется, если видна хотя бы часть неба. В сплошной туман птицы не летят или, если он застает их в пути, продолжают лететь вслепую и часто сбиваются с курса.

Днем птицы учитывают не только положение Солнца, но и смещение его в связи с широтой местности и временем суток. Опыты в планетарии показали, что ориентация птиц в клетках меняется, если менять перед ними картину звездного неба в соответствии с направлением предполагаемого перелета. Навигационная способность птиц врожденная. Она не приобретается за счет жизненного опыта, а создается естественным отбором как система инстинктов. Точные механизмы такой ориентации еще плохо изучены. Способность к такой ориентации свойственна и другим животным. Среди насекомых она особенно развита у пчел. Пчелы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том куда лететь, используя в качестве ориентира положение Солнца. Пчела-разведчица, возвращается в улей и начинает насотах танец, совершая повороты. При этом она описывает фигуру в виде восьмерки, поперечная ось которой наклонена по отношению к вертикали. Угол наклона соответствует углу между направлениями на Солнце и на источник корма.

Экологические группы растений по отношению к свету

В зависимости от обеспеченности растения солнечным светом выделяют следующие группы растений:

•         гелиофиты (они же световые растения, светолюбы)

Это растения, живущие на открытых пространствах, с избытком солнечного света. При его недостатке быстро хиреют и даже умирают. К ним относятся береза белая, дуб монгольский, сосна могильная, лишайники кустистые, клевер ползучий, подсолнечник и т.д.

•         сциофиты (они же гелиофобы, теневые растения, тенелюбы)

Это растения, живущие в замкнутых пространствах леса. Прекрасно чувствуют себя в полутемных и влажных лесных «коридорах». При воздействии прямых солнечных лучей свыше 20-30 минут погибают от перегрева. К ним относятся кислица, папоротники, мхи, плауны, хвощи, молодая поросль хвойных деревьев.

•         факультативные гелифиты (они же теневыносливые растения)

Это большинство растений, произрастающих в России. Отдают предпочтения светлым местам, но могут свободно переносить небольшое затемнение. К ним относятся клен остролистный, липа, многие кустарнички (малина, смородина, боярышник) и травы (подорожник, тысячелистник, василек, иван-да-марья).

Световой режим растений. Понятие фотосинтетической радиации. Фотосинтез как процесс трансформации энергии света в энергию химических связей. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере. Зависимость фотосинтеза от освещенности и спектрального состава света. Суточный ход фотосинтеза.

 

Световой режим. Количество достигающей поверхности Земли радиации обусловлено географической широтой местности, продолжительностью дня, прозрачностью атмосферы и углом падения солнечных лучей. При разных погодных условиях к поверхности Земли доходит 42 — 70% солнечной постоянной. Проходя через атмосферу, солнечная радиация претерпевает ряд изменений не только в количественном отношении, но и по составу. Коротковолновая радиация поглощается озоновым экраном и кислородом воздуха. Инфракрасные лучи поглощаются в атмосфере водяными парами и диоксидом углерода. Остальная часть в виде прямой или рассеянной радиации достигает поверхности Земли.

В процессе фотосинтеза принимает участие не вся солнечная энергия, а только ее видимая часть — фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной волн от 380 до 720 нм (нанометр, или миллимикрон). Эти лучи поглощаются хлорофиллом и являются энергетической основой фотосинтеза. Энергия фотосинтетически активной радиации равна примерно 50% общей энергии солнечной радиации. Инфракрасная часть солнечного спектра, составляющая также около 50% общей энергии солнца, не участвует в фотохимических реакциях фотосинтеза. Эти лучи поглощаются почвой, от которой нагреваются приземный слой воздуха и сами растения, при этом усиливаются транспирация и испарение влаги с поверхности почвы. Количество ФАР, падающее на единицу поверхности почвы, в среднем по месяцам года и по декадам месяца определено для различных географических зон.

 

В естественных условиях происходит сложное взаимодействие всех внешних и внутренних факторов. В силу этого суточный ход фотосинтеза неустойчив и подвержен значительным изменениям. При умеренной дневной температуре и достаточной влажности дневной ход фотосинтеза примерно соответствует изменению интенсивности солнечной инсоляции. Фотосинтез, начинаясь утром с восходом солнца, достигает максимума в полуденные часы, постепенно снижается к вечеру и прекращается с заходом солнца. При повышенной температуре и уменьшении влажности максимум фотосинтеза сдвигается на ранние часы. При еще большей напряженности метеорологических факторов кривая дневного хода фотосинтеза принимает двухвершинный характер. В этом случае в полуденные часы фотосинтез резко снижается. В засушливых районах (Средняя Азия) в полуденные часы возможно даже превышение интенсивности дыхания над интенсивностью фотосинтеза. Надо учесть при этом, что снижение содержания воды в листьях и высокая температура задерживают отток ассимилятов, что, в свою очередь, вызывает депрессию фотосинтеза. В этих условиях выделение С02 превышает его использование в процессе фотосинтеза. В полярных условиях, несмотря на круглосуточное освещение, процесс фотосинтеза все же сохраняет определенный ритм, понижаясь в ночные часы суток.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: