Ритмическое изменение морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций организмов под влиянием чередования световой и темновой фаз называется фотопериодизмом.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 11Следующая ⇒

Зацветание растений, процессы их роста и развития служат проявлением фотопериодизма. У животных фотопериодизм проявляется в колебаниях интенсивности обмена веществ, ритмичных изменениях морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций.

Длина фотопериода — важный фактор, служащий сигналом к гнездованию птиц. Он может обуславливать строительство гнезда даже вне зависимости от того, что действие иных факторов будет еще неблагоприятным. В конце марта — начале апреля 1995 г. в Минске ночные температуры опускались до —4 °С, а дневные не превышали +4 °С. Однако сороки уже строили свои гнезда, даже не реагируя на выпадавший снег и резкое похолодание.

У водных беспозвоночных под влиянием фотопериода могут происходить сдвиги биохимических показателей. В крови крабов концентрация аминокислот, кальция, магния и меди изменяется ритмично в течение суток.

В целом следует отметить, что фотопериодизм обеспечивает организмам заблаговременную физиологическую перестройку при смене сезонов года. При отсутствии резко выраженной сезонности не выражен и фотопериодизм, что наблюдается у некоторых тропических видов.

Фотопериодизм непосредственно связан с биологическими часами организмов.

Биологические часы — способность животных и человека ориентироваться во времени. Основаны на строгой периодичности процессов жизнедеятельности, вызванной цикличными (суточными, сезонными) изменениями геофизических факторов.

Одним из проявлений последних служат так называемые циркадные ритмы. Это ритмы активности, по своей длительности приближенные к 24 часам. Циркадные ритмы — врожденные. Они могут отличаться даже у членов одной семьи, так как организмы несколько различаются генетически. Продолжительность циркадных ритмов регулируется внешним суточным циклом, который согласует их с изменениями среды. Так, известные в Европе белки летяги, ведущие сумеречный образ жизни, просыпаются синхронно в один и тот же час.

В настоящее время считается, что циркадные ритмы являются общей характеристикой физиологической организации живых существ на Земле. Эти ритмы проявляются практически у всех организмов. Самой малой и простой клеткой, у которой четко наблюдаются циркадные ритмы, является инфузория туфелька. Важнейшая особенность циркадных ритмов — сохранение их точности и постоянства в течение неограниченно долгого времени. Стандартная ошибка в длительности периода для свободно-текущих ритмов некоторых грызунов может составлять не более 1 мин или величину порядка 0, 1 %.

У человека суточный ритм активности проявляется в чередовании фаз сна и бодрствования, колебании температуры тела, кровяного давления и т. д. У большинства людей ритм колебания температуры тела составляет около 25 часов; ритм потребления пищи согласован с суточным циклом смены света и темноты, сна и бодрствования. Всего же у человека обнаружено более 300 периодически меняющихся физиологических функций. Помимо суточных, у человека выявлены и другие ритмы, например, 42-дневные гормональные, 32, 5-дневные ритмы колебания в крови уровня холестерина. Исследования циркадных ритмов человека имеют важное значение для медицины. В частности, еще в древности было разработано учение о суточной циркуляции жизненной энергии, позволяющее наиболее рационально лечить различные органы.

По отношению к освещенности все организмы могут быть поделены на две основные группы: светолюбивые и теневыносливые. Между этими группами имеются переходные формы..

Наиболее хорошо разработана классификация по требованиям к освещенности для растений, у которых выделяют следующие группы:

— светолюбивые (гелиофиты) — растения открытых хорошо освещаемых пространств;

— тенелюбивые (сциофиты), плохо переносящие сильное освещение, заселяющие нижние ярусы тенистых лесов, пещеры и располагающиеся в глубине водоемов;

— теневыносливые (факультативные гелиофиты) — могут переносить затенение, но хорошо растут и на свету.

Различия между растениями этих групп проявляются не только в их непосредственном отношении к свету. В значительной степени они наблюдаются в морфологическом строении, анатомии листовой пластинки, физиологических процессах.

Гелиофиты, растущие при ярком освещении, постоянно подвергаются тормозящему действию света. Поэтому они часто имеют побеги с короткими междоузлиями, сильно ветвящиеся, розеточные. Листья у них мелкие или с рассеченной листовой пластинкой, нередко с восковым налетом или густым опушением. Листья имеют хорошо развитую сеть жилок. Хорошо развит оптический аппарат листа. Хлорофилла «а» здесь в 5 раз больше, чем «б».

Сциофиты имеют тонкие, горизонтальные, темно-зеленые листья. Соотношение хлорофилла «а» и «б» у таких растений примерно 3: 2. В наших лесах к ним относятся зеленые мхи, плауны, кислица, грушанка и многие другие растения постоянного затенения.

У теневыносливых растений листья обычно располагаются мозаично. На поверхности и внутри кроны теневыносливых древесных растений располагаются световые и теневые листья. Они различаются анатомически. Световые листья толще и грубее, часто блестящие, что способствует усиленному отражению света. Теневые листья неопушены, матовые.

В жизни животных свет также играет важную роль. Он служит не только для ориентации в пространстве, но и определяет активность. Так, вылет майского жука полностью зависит от времени захода солнца. Поэтому в период с апреля по июнь вылет с каждым днем наступает позже. Виды с различной активностью по отношению к световому режиму есть и среди птиц. Дневные хищные птицы активны в светлое время суток, ночные — в темное.

Четкой классификации по отношению к свету у животных в настоящее время нет. В экологических исследованиях руководствуются их подразделением главным образом на виды с дневной, ночной и сумеречной активностью.

Температура

Температура является одним из важнейших факторов, оказывающих влияние на жизнедеятельность организмов.

Диапазон температур, в которых могут существовать живые организмы, довольно узок и не превышает порядка 300 °С, колеблясь примерно от -200 °С до +100 °С. Верхний предел температуры для бактерий в горячих источниках лежит около 88 °С, сине-зеленых водорослей (цианобактерий) — +80 °С, а самых устойчивых рыб и насекомых — около +50 °С. В Якутии многие растения не вымерзают при температуре от —60 до -70 °С. А в Антарктиде при этой же температуре обитают некоторые водоросли, лишайники, беспозвоночные и позвоночные животные.

Температура обычно не является величиной постоянной. Ее изменчивость крайне важна в жизни организмов. Жизнедеятельность многих организмов, подвергающихся в природе воздействию переменной температуры, подавляется или частично замедляется при воздействии постоянных температур. Так, личинки и куколки яблонной плодожорки в условиях колеблющихся температур развиваются на 7—8 % быстрее, чем при постоянной температуре.

Различные фазы развития живых организмов проявляют разную реакцию на температуру.

Длительность развития гусениц дубового шелкопряда зависит как от их возраста, так и температуры в данный момент. При повышении температуры на каждые 3 °С в интервале от +20 до +29 °С потребление корма гусеницами разных возрастов повышается в среднем на 15 %, а сроки развития сокращаются в 4 и более раз. Наиболее подвержены влиянию температуры гусеницы I возраста, интенсивность питания которых повышается в 3 раза, а сроки развития сокращаются в 4, 3 раза. В V возрасте влияние температуры сказывается совсем незначительно.

От величины температуры воды зависят многие физиологические реакции организма у водных беспозвоночных. При увеличении температуры от +5 до +15 °С частота сердцебиения у пресноводных креветок возрастает вдвое.

Влияние температуры на организмы может усиливаться совместным ее воздействием с другими экологическими факторами. Личинки майских жуков сильно страдают при высокой температуре почвы и пониженной влажности. Они зимуют на глубине 2—3 см от поверхности почвы, покрытой растительностью, и на 50 см в почве без растительности.

Влияние температуры на организмы проявляется не только в изменении жизненно важных процессов и функций. Температура может ограничивать расселение организмов, изменять их поведенческие реакции. Например, лось в Скандинавии встречается на 10° севернее, чем в Сибири. Это обусловлено более суровыми зимами в Сибири.

Различия в отношении температуры влияют и на географическое распространение видов. Южной границей ареала бабочки капустницы является Палестина. Далее очень жарко, что отражается на размножении вида, который уже на южной границе ареала может размножаться лишь в зимний период. Влияние температуры сказывается и на биотопическом расселении видов. Лесные виды предпочитают температуры менее высокие, чем виды открытых пространств.

Экологическая валентность организмов разных групп по отношению к температуре может существенно различаться. По данному фактору среды все организмы делятся на стено- и эвритермные. Стенотермные могут жить только в узких интервалах температур. В теплых источниках встречается один из видов рачков, диапазон оптимальных температур для которого составляет 45—48 °С. Особи вида гибнут, если температура среды понижается до +30 °С. У эвритермных видов интервалы температуры для жизнедеятельности гораздо шире. Обычные у нас бабочки капустницы, крапивницы и некоторые другие могут сохранять жизнедеятельность при температурах от —20 до +30 °С.

В зависимости от типа теплообмена животные организмы подразделяются на следующие группы:

— пойкилотермные — животные с неустойчивым уровнем обмена веществ, непостоянной температурой тела и почти полным отсутствием механизмов теплорегуляции. Эту группу составляют микроорганизмы, беспозвоночные, многие хордовые. Сюда же относятся и растения;

— гомойотермные — характеризуются высоким и устойчивым уровнем обмена веществ, в процессе которого осуществляется терморегуляция и обеспечивается относительно постоянная температура тела. Это теплокровные организмы — птицы и млекопитающие.

Промежуточное положение занимают гетеротермные организмы. В активном состоянии они являются гомойотермными, а в состоянии спячки более зависимы от температуры среды, вследствие чего становятся похожими на пойкилотермные организмы. Гетеротермия представляет собой форму физиологической адаптации организмов, обеспечивающей высокий уровень обмена веществ в период активной жизнедеятельности и низкие потери энергии в период спячки. Гетеротермными можно считать сусликов, сурков, ежей, барсуков, медведей и других животных.

В жизни растений и животных важна не только температура на территории их обитания, но и распределение тепла во времени (тепловой режим). В мире растений приспособление к тепловому режиму проявляется в интенсивности испарения (транспирации), накоплении в клетках солей, изменяющих температуру свертывания плазмы, свойстве хлорофилла препятствовать проникновению горячих солнечных лучей. Кроме того, растения регулируют свою температуру за счет изменения угла наклона листьев, площади листовой пластинки, формы куста и т. д.

Более выражена терморегуляция у животных организмов. В целом ее можно разделить на следующие группы: химическая, физиологическая, физическая (морфологическая) и поведенческая.

Химическая терморегуляция заключается в увеличении теплопродукции в организме в ответ на понижение температуры среды. Для этого у некоторых млекопитающих есть так называемая «бурая» жировая ткань. В результате химических процессов, связанных с окислением жиров в этой ткани, происходит высвобождение энергии, идущей на обогрев организма.

Химическая терморегуляция осуществляется рефлекторным путем. Сигналы об изменении температуры среды поступают на терморецепторы, затем в центральную нервную систему, которая запускает механизмы, регулирующие окислительно-восстановительные реакции в организме.

Широко распространены физиологические адаптации. У многих арктических птиц ноги совершенно неопушены. В условиях севера через голые конечности должно теряться много тепла. Однако чтобы этого не происходило, у птиц имеется механизм, названный противоточным теплообменником. Артерии, несущие теплую кровь к ногам, охлаждаются, так как они проходят рядом с венами, несущими кровь обратно. Таким образом, тепло передается венозной крови и возвращается обратно в тело, а не рассеивается в окружающую среду. Физиологические адаптации могут проявляться и несколько иными способами. Например, колибри, впадая в состояние оцепения, могут снижать температуру тела с +40 до +20 °С. Это же отчасти касается и животных, впадающих в зимнюю спячку.

Регулирование температуры тела у некоторых животных достигается и путем изменения испарения влаги. Человек при сильной жаре может за сутки выделить до 12 л пота.

Очень выгодны физические (морфологические) адаптации животных по отношению к температуре окружающей среды. Благодаря таким приспособлениям тепло дольше сохраняется в теле, расход энергии минимален. Теплоотдача регулируется густотой волосяного или перьевого покрова, углом его наклона и т. д.

Морфологические адаптации животных по отношению к температуре подчиняются нескольким правилам, распространяющимся на организмы, обитающие в разных широтах.

ПравилоБергмана: более крупные виды из принадлежащих к определенной систематической группе гомойотермных животных живут в наиболее холодных климатических зонах. У позвоночных животных оно подтверждается в 50% случаев, у птиц — в 75—90 %. Например, в центре Антарктиды обитает самый крупный королевский пингвин, достигающий роста 1, 2 м и веса до 34 кг. Самый мелкий живет на Галапагосских островах вблизи экватора и не превышает 50 см величины. Белый медведь Арктики имеет вес до 1000 кг, бурый медведь — до 750 кг, а малайский медведь — всего 65 кг.

Правило Алена: у млекопитающих в северном полушарии в районах с холодным климатом происходит уменьшение поверхности (размеров) выступающих частей тела: ушей и хвоста, а шея и лапы становятся короче. Хорошим примером здесь являются лисицы: фенек Сахары имеет длинные конечности и огромные уши, лисица умеренных широт более приземиста, а уши ее намного короче (см. рисунок 4). У песцов, живущих на севере, очень маленькие уши и короткая морда. Аналогично изменяются и уши у зайцев (см. рисунок 5).

Рисунок 4. Относительный размер ушных раковин у лисиц.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒