Sposoby przeżywania przez organizmy żywe niekorzystne warunki(zimowanie, hibernacja, wstrzymana animacja, migracja itp.).

Zimowanie- sposoby przetrwania niekorzystnego okresu zimowego (niskie temperatury, brak pożywienia) dla zwierząt w strefach umiarkowanych i zimnych. U bezkręgowców występują cykle rozwojowe, w których jedna z faz jest odporna na zimno (przykład: jaja szarańczy, larwy chrząszczy, poczwarki motyli). U zwierząt stałocieplnych - hibernacja (hibernacja) - niedźwiedź, jeż, borsuk - w tym czasie zwalniają procesy biologiczne. U roślin zimowaniu towarzyszy ustanie lub gwałtowne spowolnienie procesów fizjologicznych. Znaczenie fizjologiczne polega na oszczędzaniu energii w niesprzyjających warunkach. Letnia hibernacja wiąże się z sezonowym niedoborem wilgoci (estywacją) - dwudysza.

Anabioza- stan organizmu, w którym procesy fizjologiczne chwilowo ustają lub są tak spowolnione, że nie ma widocznych przejawów życia, objawiający się gwałtownym pogorszeniem warunków życia - niska temperatura, susza. Gdy wystąpią sprzyjające warunki, przywracany jest normalny poziom aktywności życiowej; cysty są najbardziej stabilne. Płazy poikilotermiczne (ropuchy, żaby, traszki) do przebudzenia wymagają długotrwałej ekspozycji na wysokie temperatury. Diapauza- szczególny przypadek zawieszonej animacji, u owadów występuje diapauza larwalna (w głogu), poczwarkowa, wyobrażeniowa (komara).

Zimowy sen- hamowanie w korze mózgowej i obszarach podkorowych, któremu towarzyszy zmniejszenie metabolizmu. Sen zimowy pozwala zwierzętom przetrwać niesprzyjający okres

rok. Sen zimowy różni się od hibernacji mniejszą intensywnością procesu hamowania wszystkich funkcji i zdolnością do przebudzenia.

Emigracja to masowe przesiedlanie zwierząt z ich zwykłych siedlisk.

Nomadyzm– krótkotrwałe i krótkotrwałe przemieszczanie zwierząt z jednego obszaru na drugi jako przystosowanie do przetrwania w niesprzyjających warunkach życia. Wyróżnia się sezonowe, okresowe i losowe formy migracji. Powód: zima, susza, hibernacja, dla roślinożernych kopytnych – dostępność pożywienia. Ponadto podczas migracji zwierzęta nie zawsze wracają na swoje pierwotne miejsca; obserwuje się różne trasy.

Emigracja- okresowe lub nieokresowe, poziome i pionowe regularne przemieszczanie zwierząt do indywidualnego siedliska osobnika (grupy zwierząt) w ciągu sezonu, roku lub kilku lat. Jego cechy: ścisła sezonowość, obecność mechanizmu kontrolowania dat kalendarzowych, wielokrotna restrukturyzacja systemy fizjologiczne organizm ze względu na zbliżający się wzrost zużycia energii, potrzebę orientacji w przestrzeni, jednostki w określonym stanie fizjologicznym uczestniczą w migracji, masowy charakter związany z synchronizacją czasu rozwoju stanu migracyjnego u wszystkich osobników. Migracje sezonowe są znane w przypadku wielu taksonów zwierząt, najlepiej zbadanych u ptaków, a także migracji ryb podczas tarła. Wyróżnić aktywny, pasywny, żerujący, rozpraszający i inne formy migracji zwierząt.

47. Struktura ludności: przestrzenna i demograficzna.

Główne wskaźniki struktury populacji – liczba, rozmieszczenie organizmów w przestrzeni i stosunek osobników o różnych cechach. Każdy osobnik ma określony rozmiar, płeć, charakterystyczne cechy morfologia, cechy behawioralne, ich granice wytrzymałości i zdolności adaptacyjne do zmian środowiskowych. Rozkład tych cech w populacji charakteryzuje również jej strukturę. Struktura ludności nie jest stabilna. Wzrost i rozwój organizmów, narodziny nowych, śmierć z różnych przyczyn, zmiany warunków środowiskowych, wzrost lub spadek liczby wrogów - wszystko to prowadzi do zmian w różnych proporcjach w obrębie populacji.

Główne sposoby adaptacji organizmów do środowiska

Wiele organizmów w ciągu swojego życia okresowo doświadcza wpływu czynników odbiegających od optymalnego. Muszą znosić ekstremalne upały, silne mrozy, letnie susze, wysychanie zbiorników wodnych i brak pożywienia. Jak przystosowują się do tak ekstremalnych sytuacji, gdy normalne życie jest bardzo trudne?

Żywotność nasion roślin w stanie spoczynku zależy od warunków przechowywania. Zwiększająca się wilgotność i temperatura zwiększają zużycie zapasów nasion na oddychanie i ostatecznie ulegają one wyczerpaniu. Żołędzie dębowe są przechowywane nie dłużej niż trzy lata. Suche nasiona mogą leżeć przez długi czas, nie tracąc zdolności kiełkowania: mak - do 10 lat, ziarna żyta, jęczmienia i pszenicy - do 32, owoce mniszka lekarskiego - do 68, lotos - do 250 lat. Znany jest przypadek, gdy wykiełkowały nasiona lotosu, znalezione w torfie na wyschniętym bagnie 2000 lat temu. Owoce tej rośliny pokryte są grubą gazo- i wodoodporną skorupą.

Na Antarktydzie Środkowej rosyjscy badacze przeprowadzili analizę mikrobiologiczną próbek lodu z głębin lodowca. Wiek warstw lodu, w których znaleziono żywe mikroorganizmy, sięga 10-13 tysięcy lat. Znaleziono głównie bakterie, a także zarodniki grzybów i drożdży. Żywe bakterie odkryto później w próbkach skał pod lodowcem Antarktyki. Ich wiek wahał się od 10 tysięcy do 10 milionów lat.

Kiedy warunki środowiskowe ulegają pogorszeniu, wiele gatunków jest w stanie zawiesić swoją aktywność życiową i wejść w stan życia ukrytego. Zjawisko to zostało odkryte na początku XVIII wieku, który po raz pierwszy obserwował świat małych organizmów poprzez wykonany przez siebie mikroskop. Zauważył i opisał, że niektóre z nich potrafią całkowicie wyschnąć na powietrzu, a następnie „ożywić” się w wodzie. Po wyschnięciu wydają się całkowicie pozbawione życia. Później nazwano ten stan pozornej śmierci zawieszona animacja („ana”- NIE, "BIOS"- życie).

Głęboko zawieszona animacja to niemal całkowite zatrzymanie metabolizmu. W przeciwieństwie do śmierci, organizmy mogą powrócić do aktywne życie. Przejście w stan zawieszonej animacji w największym stopniu zwiększa możliwości przeżycia organizmów trudne warunki. W eksperymentach suszone nasiona i zarodniki roślin, niektóre małe zwierzęta - wrotki, nicienie wytrzymać długo temperatura ciekłego powietrza (-190°C) lub ciekłego wodoru (-259,14°C).

wrotki- aktywnie pływający i w stanie zawieszonej animacji

Stan zawieszonej animacji jest możliwy tylko przy całkowitym odwodnieniu organizmów. Ważne jest, aby utracie wody przez komórki organizmu nie towarzyszyły zaburzenia struktur wewnątrzkomórkowych.

Większość gatunków nie jest do tego zdolna. Na przykład w komórkach rośliny wyższe Zwykle występuje duża centralna wakuola z rezerwą wilgoci. Po wyschnięciu znika, komórka zmienia kształt, kurczy się, a jej wewnętrzna struktura zostaje zakłócona. Dlatego głęboka anabioza jest zjawiskiem rzadkim w przyrodzie. Jednak spowolnienie metabolizmu i zmniejszenie aktywności życiowej w niesprzyjających warunkach jest zjawiskiem powszechnym. W tym przypadku komórki organizmu ulegają częściowemu odwodnieniu i następuje kolejna restrukturyzacja ich składu. Stan organizmów bliski zawieszonej animacji nazywa się kryptobioza Lub ukryte życie („kryptowaluty”- ukryty). W stanie zmniejszonego metabolizmu organizmy gwałtownie zwiększają swoją odporność i bardzo oszczędnie wydają energię.

Do zjawisk życia ukrytego zalicza się odrętwienie owadów, spoczynek zimowy roślin, hibernację kręgowców, utrwalanie nasion i zarodników w glebie oraz wysychanie zbiorników wodnych przez małych mieszkańców. Wiele rodzajów bakterii często pozostaje w naturze w stanie nieaktywnym, dopóki nie pojawią się sprzyjające warunki do ich rozmnażania.

długouchy nietoperz I suseł w stanie hibernacji

U suseł w stanie aktywności tętno wynosi około 300 uderzeń na minutę, a podczas hibernacji - tylko 3. Temperatura ciała spada do +5 ° C. Pomimo niskiego tempa metabolizmu zwierzęta podczas hibernacji tracą dużo na wadze i mogą umrzeć z wycieńczenia, jeśli do zimy nie zgromadzą wystarczającej ilości tłuszczu.

Życie ukryte jest bardzo ważną adaptacją ekologiczną. To szansa na przetrwanie niekorzystnych zmian w otoczeniu. Po przywróceniu niezbędnych warunków organizmy ponownie przechodzą do aktywnego życia.

Rośliny i zwierzęta wydają się przechodzić w stan odrętwienia lub uśpienia podlega wpływom środowiska , jednocześnie oszczędzając koszty swojego istnienia.

Związany jest z nim inny, wprost przeciwny sposób przetrwania organizmów zachowując spójność środowisko wewnętrzne pomimo wahań skutków czynniki zewnętrzne. Żyjąc w warunkach zmiennej temperatury, zwierzęta stałocieplne – ptaki i ssaki – utrzymują w sobie stałą temperaturę, optymalną dla procesów biochemicznych zachodzących w komórkach organizmu.

Wakuole komórek roślin lądowych zawierają rezerwy wilgoci, co pozwala im żyć na lądzie. Wiele roślin jest w stanie tolerować poważne susze i rośnie nawet na gorących pustyniach.

Komórka ogonkowa liścia buraka cukrowego: 1 - chloroplasty; 2 - rdzeń; 3 - wakuole; 4 - cytoplazma; 5 - mitochondria; 6 - błona komórkowa

Taki opór przed wpływami środowisko zewnętrzne wymaga dużych ilości energii i specjalnych urządzeń zewnętrznych i struktura wewnętrzna organizmy.

Kilka gatunków żyje na suchych pustyniach Azji Środkowej wszy. Są to małe skorupiaki lądowe, które podobnie jak ich najbliżsi wodni krewni wymagają dużej wilgotności. środowisko. Żyjąc na pustyniach, są w stanie uniknąć upału i suszy. Woodlice kopią pionowe nory w gliniastej glebie, w głębinach których temperatura gwałtownie spada, a powietrze jest nasycone parą wodną. Żywią się resztkami roślinnymi znajdującymi się na powierzchni gleby, wynurzając się z nor tylko w wilgotnych porach dnia. warstwa gruntowa powietrze. W czasie upałów samica zatyka otwór przednimi segmentami, na których znajdują się nieprzeniknione osłony, aby utrzymać wilgoć i chronić potomstwo przed wysychaniem.

Każda z dwóch opisanych ścieżek przetrwania ma swoje zalety i wady. Jeśli możliwe jest spowolnienie metabolizmu i przejście do ukrytego życia, organizmy oszczędzają energię i zwiększają odporność, ale nie są zdolne do aktywności, gdy warunki się pogorszą. Podczas regulacji rezerw temperatury i wilgoci w organizmie przedstawiciele różne typy Potrafią utrzymać normalne funkcjonowanie w bardzo szerokim zakresie warunków zewnętrznych, ale jednocześnie zużywają dużo energii, którą muszą stale uzupełniać. Ponadto takie organizmy są bardzo niestabilne na odchylenia od reżimu ich środowiska wewnętrznego. Na przykład u danej osoby wzrost temperatury ciała o zaledwie 1 ° C wskazuje na zły stan zdrowia.

Oprócz uległości i odporności na wpływy środowiska zewnętrznego możliwa jest trzecia metoda przetrwania - unikanie niekorzystnych warunków I aktywne wyszukiwanie inne, korzystniejsze siedliska.

Migracje reniferów: 1 - północna granica leśno-tundry; 2 - północna granica tajgi; 3 - miejsca zimowania

Ta ścieżka adaptacji jest dostępna tylko dla zwierząt mobilnych, które mogą poruszać się w przestrzeni.

Zwierzęta stałocieplne mogą żyć w bardzo zimnych obszarach, wytrzymując temperatury do -50°C. W takich przypadkach różnica temperatur pomiędzy samym zwierzęciem a otoczeniem może wynosić 80-90°C. U pingwiny stała temperatura ciała wynosi +37-38°C, renifer +38-39°C. Aby utrzymać równowagę cieplną, zwierzęta zużywają rezerwy energii tłuszczowej. Bardzo ważna jest także rola okryć termoizolacyjnych (puch, pierze, futro). Zimą osłony te stają się grubsze i bardziej puszyste, zapewniając warstwę powietrza wokół ciała, która zatrzymuje ciepło.

Na przykład zimowanie cietrzew I cietrzew NA większość Przez wiele dni zakopują się w śniegu, gdzie jest znacznie cieplej. Wiele zwierząt tworzy domy - nory i gniazda, przed którymi je chronią wpływy zewnętrzne. To także sposób na uniknięcie niekorzystnych czynników.

Gniazda i nory zwierząt. U góry: po lewej - gniazdo wiewiórka zwyczajna; po prawej stronie znajduje się gniazdo małej myszy. Poniżej letnie (po lewej) i zimowe (po prawej) nory myszoskoczków południowych

Uderzającym przykładem uniknięcia zimowego braku pożywienia i zimna są długodystansowe loty ptaków.

Mapa migracji jaskółek płomykówki

Wszystkie trzy sposoby przetrwania można połączyć u przedstawicieli tego samego gatunku. Na przykład rośliny nie potrafią utrzymać stałej temperatury ciała, ale wiele z nich jest w stanie regulować metabolizm wody. Zwierzęta zimnokrwiste narażone są na działanie niekorzystnych czynników, ale potrafią też uniknąć ich skutków. Ogólnie rzecz biorąc, widzimy, że pomimo ogromnej różnorodności przyrody żywej można zidentyfikować tylko kilka głównych sposobów adaptacyjnego rozwoju gatunków.

Zwiększanie stabilności organizmów w stanie życia ukrytego jest szeroko stosowane w praktyce gospodarczej. W specjalnych magazynach tworzone są specjalne reżimy długoterminowego przechowywania nasion roślin, kultur drobnoustrojów i nasienia cennych zwierząt gospodarskich. Opracowany w praktyce lekarskiej specjalne warunki w celu zachowania krwi dawcy, przeszczepionych narządów i tkanek. Istnieją projekty mające na celu zachowanie komórek rozrodczych zagrożonych gatunków zwierząt i roślin, aby w przyszłości móc je przywrócić w przyrodzie.

Dostosowanie– jest to adaptacja organizmu do warunków środowiskowych na skutek zespołu cech morfologicznych, fizjologicznych i behawioralnych.

Różne organizmy przystosowują się do różne warunkiśrodowisko, a co za tym idzie, kocha wilgoć hydrofity i „nosiciele suszy” - kserofity(ryc. 6); rośliny gleb słonych – halofity; rośliny tolerujące cień ( scjofity) i wymagające pełnego światła słonecznego do normalnego rozwoju ( heliofity); zwierzęta żyjące na pustyniach, stepach, lasach lub bagnach prowadzą nocny lub dzienny tryb życia. Nazywa się grupy gatunków o podobnym stosunku do warunków środowiskowych (to znaczy żyjących w tych samych ekotopach). grupy ekologiczne.

Zdolność roślin i zwierząt do przystosowania się do niesprzyjających warunków jest różna. Ze względu na to, że zwierzęta są ruchliwe, ich adaptacje są bardziej zróżnicowane niż rośliny. Zwierzęta mogą:

– unikać niesprzyjających warunków (ptaki odlatują do cieplejszych rejonów z powodu braku pożywienia i zimna zimą, jelenie i inne zwierzęta kopytne wędrują w poszukiwaniu pożywienia itp.);

– popaść w letarg – stan przejściowy, w którym procesy życiowe są na tyle powolne, że ich widoczne objawy są prawie całkowicie nieobecne (drętwienie owadów, hibernacja kręgowców itp.);

– przystosowują się do życia w niesprzyjających warunkach (przed mrozem ratuje je futro i tłuszcz podskórny, zwierzęta pustynne mają przystosowania do oszczędnego korzystania z wody i chłodzenia itp.). (ryc. 7).

Rośliny są nieaktywne i prowadzą przywiązany tryb życia. Dlatego możliwe są dla nich tylko dwie ostatnie opcje adaptacji. Zatem rośliny charakteryzują się spadkiem intensywności procesów życiowych w niesprzyjających okresach: zrzucają liście, zimują w postaci uśpionych narządów zakopanych w glebie - cebul, kłączy, bulw i pozostają w stanie nasion i zarodników w glebie. U mszaków cała roślina ma zdolność do ulegania anabiozie, która może przetrwać kilka lat w stanie suchym.

Odporność roślin na niekorzystne czynniki zwiększa się dzięki specjalnym mechanizmy fizjologiczne: zmiana ciśnienia osmotycznego w komórkach, regulacja intensywności parowania za pomocą aparatów szparkowych, zastosowanie membran „filtrujących” do selektywnego wchłaniania substancji itp.

Rozwijają się adaptacje w różnych organizmach przy różnych prędkościach. Najszybciej powstają u owadów, które w ciągu 10–20 pokoleń potrafią przystosować się do działania nowego środka owadobójczego, co wyjaśnia niepowodzenie chemicznej kontroli zagęszczenia populacji szkodników owadzich. Proces rozwoju adaptacji u roślin i ptaków zachodzi powoli, na przestrzeni wieków.

Zaobserwowane zmiany w zachowaniu organizmów są zwykle kojarzone z ukryte znaki, które miały jakby „w rezerwie”, ale pod wpływem nowych czynników pojawiły się i zwiększyły stabilność gatunku. Takie ukryte cechy wyjaśniają odporność niektórych gatunków drzew na zanieczyszczenia przemysłowe (topola, modrzew, wierzba), a niektórych gatunków chwastów na herbicydy.

Ta sama grupa ekologiczna często obejmuje organizmy, które nie są do siebie podobne. Wynika to z faktu, że różne typy organizmów mogą odmiennie przystosowywać się do tego samego czynnika środowiskowego.

Na przykład inaczej odczuwają zimno gorącokrwisty(nazywają się endotermiczny, od greckich słów endon – wnętrze i terme – ciepło) i zimnokrwisty (ektotermiczny, od greckiego ektos - na zewnątrz) organizmy. (ryc. 8.)

Temperatura ciała organizmów endotermicznych nie zależy od temperatury otoczenia i jest zawsze mniej więcej stała, jej wahania nie przekraczają 2–4 o nawet w przypadku największych mrozów i skrajnych upałów. Zwierzęta te (ptaki i ssaki) utrzymują temperaturę ciała poprzez wewnętrzne wytwarzanie ciepła w oparciu o intensywny metabolizm. Zatrzymują ciepło ciała poprzez ciepłe „płaszcze” wykonane z piór, wełny itp.

Uzupełniają się adaptacje fizjologiczne i morfologiczne zachowanie adaptacyjne(wybieranie miejsc do spania osłoniętych od wiatru, budowanie nor i gniazd, grupowe noclegi z gryzoniami, zwarte grupy pingwinów zapewniających sobie nawzajem ciepło itp.). Jeśli temperatura otoczenia jest bardzo wysoka, organizmy endotermiczne schładza się za pomocą specjalnych urządzeń, na przykład poprzez odparowanie wilgoci z powierzchni błon śluzowych jama ustna i górne drogi oddechowe. (Z tego powodu podczas upałów pies oddycha szybciej i wysuwa język.)

Temperatura ciała i ruchliwość zwierząt ektotermicznych zależy od temperatury otoczenia. W chłodne dni owady i jaszczurki stają się ospałe i nieaktywne. Wiele gatunków zwierząt ma możliwość wyboru miejsca korzystne warunki temperatura, wilgotność i nasłonecznienie (jaszczurki wygrzewają się na oświetlonych płytach skalnych).

Jednak absolutny ektotermizm obserwuje się tylko w bardzo małych organizmach. Większość organizmów zmiennocieplnych nadal ma zdolność słabej regulacji temperatury ciała. Przykładowo u aktywnie latających owadów – motyli, trzmieli temperatura ciała utrzymuje się na poziomie 36–40 o C nawet przy temperaturze powietrza poniżej 10 o C.

Podobnie gatunki jednej grupy ekologicznej w roślinach różnią się wyglądem. Mogą także na różne sposoby przystosowywać się do tych samych warunków środowiskowych. Zatem różne typy kserofitów oszczędzają wodę na różne sposoby: niektóre mają grube błony komórkowe, inne mają pokwitanie lub woskowy nalot na liściach. Niektóre kserofity (na przykład z rodziny jasnotowatych) tworzą pary olejki eteryczne, które otulają je niczym „koc”, co ogranicza parowanie. System korzeniowy u niektórych kserofitów jest silny, wnika w glebę na głębokość kilku metrów i sięga poziomu wód gruntowych (cierń wielbłąda), u innych jest powierzchowny, ale silnie rozgałęziony, co pozwala mu gromadzić wodę opadową.

Do kserofitów zalicza się krzewy o bardzo małych, twardych liściach, które można zrzucić w najsuchszej porze roku (krzew karagana stepowa, krzewy pustynne), trawy darniowe o wąskich liściach (piórnik, kostrzewa), sukulenty(od łacińskiego succulentus - soczysty). Sukulenty mają soczyste liście lub łodygi, które magazynują wodę i są łatwo tolerowane. wysokie temperatury powietrze. Do sukulentów zaliczają się kaktusy amerykańskie i saxaul, które rosną na pustyniach Azji Środkowej. Mają specjalny rodzaj fotosyntezy: aparaty szparkowe otwierają się na krótko i tylko w nocy, w tych chłodnych godzinach rośliny magazynują dwutlenek węgla, a w ciągu dnia wykorzystują go do fotosyntezy przy zamkniętych aparatach szparkowych; (ryc. 9.)

Różnorodne przystosowania do przetrwania niesprzyjających warunków na glebach zasolonych obserwuje się także u halofitów. Są wśród nich rośliny, które potrafią gromadzić sole w swoim organizmie (soleros, brukiew, sarsazan), wydzielać nadmiar soli na powierzchnię liści specjalnymi gruczołami (kermek, tamarix), „zapobiegać” przedostawaniu się soli do tkanek na skutek „bariera korzeniowa” nieprzenikniona dla soli ”(piołun). W tym drugim przypadku rośliny muszą zadowolić się niewielką ilością wody i mają wygląd kserofitów.

Z tego powodu nie należy się dziwić, że w tych samych warunkach żyją rośliny i zwierzęta różniące się od siebie, które w różny sposób przystosowały się do tych warunków.

Pytania bezpieczeństwa

1. Czym jest adaptacja?

2. Jak zwierzęta i rośliny mogą przystosować się do niesprzyjających warunków środowiskowych?

2. Podaj przykłady grup ekologicznych roślin i zwierząt.

3. Opowiedz nam o różnych przystosowaniach organizmów do przetrwania w tych samych niekorzystnych warunkach środowiskowych.

4. Jaka jest różnica pomiędzy urządzeniami niskie temperatury u zwierząt endotermicznych i ektotermicznych?

Sekcje: Biologia

Cele: zwiększać obszary wiedzy uczniów; nauczyć się analizować zjawisko chwilowego ustania aktywności życiowej u organizmów żywych, które wykorzystują ją jako środek adaptacji i przetrwania w niesprzyjających warunkach.

Wyposażenie: stoły mięczaków, skorupiaków, owadów, ryb, płazów, gadów, ptaków, ssaków.

Sezon zimowy jest niekorzystny dla wielu przedstawicieli świata zwierząt i roślin, zarówno ze względu na niskie temperatury, jak i gwałtowne ograniczenie możliwości zdobycia pożywienia. W trakcie rozwoju ewolucyjnego wiele gatunków zwierząt i roślin nabyło unikalne mechanizmy adaptacyjne, aby przetrwać w niesprzyjających porach roku. U niektórych gatunków zwierząt pojawił się i utrwalił instynkt tworzenia zapasów pożywienia; inni opracowali inną adaptację - migrację. Znane są zadziwiająco długie loty wielu gatunków ptaków, migracje niektórych gatunków ryb i innych przedstawicieli świata zwierząt. Jednak w procesie ewolucji u wielu gatunków zwierząt zauważono inny doskonały mechanizm adaptacji fizjologicznej - zdolność do popadania w stan pozornie martwy, który u różnych gatunków zwierząt objawia się odmiennie i ma różne nazwy (anabioza, hipotermia itp.). ). Tymczasem wszystkie te schorzenia charakteryzują się zahamowaniem funkcji życiowych organizmu do minimum, które pozwala przetrwać niesprzyjające warunki zimowe bez jedzenia. Te gatunki zwierząt, które zimą nie są w stanie zapewnić sobie pożywienia, wpadają w podobny stan wyimaginowanej śmierci i grozi im śmierć z zimna i głodu. A wszystko to, opracowane w procesie ewolucji, podlega ścisłej naturalnej celowości - potrzebie zachowania gatunku.

Hibernacja jest zjawiskiem powszechnym w przyrodzie, mimo że jej objawy są różne u przedstawicieli niektórych grup zwierząt, czy to zwierząt o niestabilnej temperaturze ciała (poikilotermicznej), zwanej także zimnokrwistymi, u których temperatura ciała zależy od otoczenia temperaturowe, czyli zwierzęta o stałej temperaturze ciała (homeotermiczne), zwane także stałocieplnymi.

Wśród zwierząt o niestabilnej temperaturze ciała w stan hibernacji zapadają różne rodzaje mięczaków, skorupiaków, pajęczaków, owadów, ryb, płazów i gadów, a wśród zwierząt o stałej temperaturze ciała kilka gatunków ptaków i wiele gatunków ssaków.

Jak ślimaki zimują?

Od typu o miękkiej budowie ciała po hibernacja Wiele gatunków ślimaków spada (na przykład wszystkie ślimaki lądowe). W październiku ślimaki ogrodowe zapadają w stan hibernacji, który trwa do początków kwietnia. Po długim okresie przygotowawczym, podczas którego gromadzą w organizmie niezbędne składniki odżywcze, ślimaki znajdują lub kopią doły, aby kilka osobników mogło razem zimować głęboko pod ziemią, gdzie temperatura będzie utrzymywana na poziomie 7 – 8°C. Po dokładnym uszczelnieniu nor ślimaki schodzą na dno i kładą się otworem muszli skierowanym do góry. Następnie zamykają ten otwór, uwalniając śluzowatą substancję, która wkrótce twardnieje i staje się elastyczna (filmowa). Przy znacznym wychłodzeniu i braku składników odżywczych w organizmie ślimaki zakopują się jeszcze głębiej w ziemię i tworzą kolejny film, tworząc w ten sposób komory powietrzne, które pełnią rolę doskonałego izolatora. Ustalono, że podczas długiej zimy ślimaki tracą ponad 20% swojej masy, przy czym największa utrata następuje w ciągu pierwszych 25-30 dni. Wyjaśnia to fakt, że wszystkie procesy metaboliczne stopniowo wygasają, aby osiągnąć minimum, przy którym zwierzę wpada prawie w stan zawieszonej animacji z ledwo zauważalnymi funkcjami życiowymi. Podczas hibernacji ślimak nie pobiera pokarmu, a oddech prawie ustaje. Wiosną, gdy nadeszły pierwsze ciepłe dni, a temperatura gleby osiągnie 8-10°C, gdy zacznie się rozwijać roślinność i spadną pierwsze deszcze, ze swoich zimowych schronień wypełzają ślimaki. Następnie rozpoczyna się intensywna aktywność, która przywraca wyczerpane zapasy pożywienia w organizmie; wyraża się to w wchłanianiu ogromnej ilości pokarmu w porównaniu do ich ciała.

W stan hibernacji wchodzą także ślimaki stawowe – większość z nich zakopuje się w mule na dnie zbiornika, w którym żyją.

Gdzie raki spędzają zimę?

Powszechną groźbę znają wszyscy: „Pokażę ci, gdzie raki spędzają zimę!” Uważa się, że powiedzenie to pojawiło się w czasach pańszczyzny, kiedy właściciele ziemscy, karząc winnych poddanych, zmuszali ich do łowienia raków zimą. Tymczasem wiadomo, że jest to prawie niemożliwe, gdyż raki zimę spędzają zakopane głęboko w norach na dnie zbiorników wodnych.

Z systematycznego punktu widzenia klasa skorupiaków dzieli się na dwie podklasy - skorupiaki wyższe i niższe.

Wśród wyższych skorupiaków w stan hibernacji wchodzą raki rzeczne, bagienne i jeziorne. Samce zimują grupami w głębokich norach na dnie, a samice samotnie w norach, a w listopadzie przyklejają do swoich krótkich odnóży zapłodnione jaja, z których dopiero w czerwcu wykluwają się skorupiaki wielkości mrówki.

Spośród niższych skorupiaków interesujące są pchły wodne (rodzaj Daphnia). Składają, w zależności od warunków, dwa rodzaje jaj – letnie i zimowe. Jaja zimowe mają trwałą skorupę i powstają, gdy występują niesprzyjające warunki życia. W przypadku niektórych gatunków niższych skorupiaków konieczne jest suszenie, a nawet zamrażanie jaj warunek konieczny aby kontynuować swój rozwój.

Diapauza u owadów

Pod względem liczby gatunków owady przewyższają wszystkie inne klasy. Temperatura ich ciała zależy od środowiska, które ma silny wpływ na tempo procesów życiowych, przy czym niskie temperatury znacznie to tempo zmniejszają. W ujemnych temperaturach cały rozwój owada spowalnia lub praktycznie się zatrzymuje. Ten stan anabiotyczny, zwany „diapauzą”, jest odwracalnym ustaniem procesów rozwojowych i jest spowodowany czynnikami zewnętrznymi. Diapauza następuje, gdy powstają warunki niekorzystne dla życia i trwa przez całą zimę, aż do nadejścia wiosny, gdy warunki staną się bardziej sprzyjające.

Wraz z nadejściem sezonu zimowego spotykane są różne rodzaje owadów na różnych etapach rozwoju, w których zimują – w postaci jaj, larw, poczwarek lub postaci dorosłych, jednak zwykle każdy indywidualny gatunek wchodzi w diapauzę na pewnym etapie swojego rozwoju . Na przykład siedem punktów biedronka zimy w wieku dorosłym.

Charakterystyczne jest, że zimowanie owadów poprzedzone jest pewnym fizjologicznym przygotowaniem ich organizmu, polegającym na gromadzeniu się w ich tkankach wolnej gliceryny, co zapobiega zamarzaniu. Dzieje się tak na etapie rozwoju owadów, w którym spędzą zimę.

Nawet wraz z pojawieniem się pierwszych oznak ochłodzenia jesienią owady znajdują wygodne schronienia (pod kamieniami, pod korą drzew, pod opadłymi liśćmi w norach w glebie itp.), gdzie po opadach śniegu panuje umiarkowanie niska i jednolita temperatura.

Czas trwania diapauzy u owadów zależy bezpośrednio od zapasów tkanki tłuszczowej. Pszczoły nie wchodzą w długą diapauzę, ale nadal drętwieją w temperaturach od 0 do 6 ° C i mogą pozostawać w tym stanie przez 7-8 dni. W niższych temperaturach giną.

Interesujące jest również to, jak owady dokładnie określają moment, w którym powinny wyjść ze stanu anabiotycznego. Naukowiec N.I. Kałabuchow badał zawieszoną animację u niektórych gatunków motyli. Odkrył, że czas trwania diapauzy jest różny u poszczególnych gatunków. Na przykład motyl paw pozostawał w stanie zawieszenia animacji przez 166 dni w temperaturze 5,9°C, natomiast jedwabnik potrzebował 193 dni w temperaturze 8,6°C. Według naukowca nawet różnice w obszar geograficzny wpływają na czas trwania diapauzy.

Czy ryby zapadają w sen zimowy?

Niektóre gatunki szerokiej klasy ryb również w wyjątkowy sposób przystosowują się do niskich temperatur wody w okresie zimowym. Normalna temperatura ciała ryb nie jest stała i odpowiada temperaturze wody. Kiedy temperatura wody nagle gwałtownie spada, ryby wpadają w stan szoku. Wystarczy jednak, że woda się rozgrzeje, a one szybko „ożywają”. Eksperymenty wykazały, że zamrożone ryby ożywają tylko wtedy, gdy ich naczynia krwionośne nie zamarzają.

Niektóre ryby żyjące w wodach Arktyki w oryginalny sposób przystosowują się do niskich temperatur wody zimą: zmieniają skład krwi. Gdy jesienią temperatura wody spada, sole gromadzą się w ich krwi w takim stężeniu, jakie jest typowe dla wody morskiej, a jednocześnie krew z wielkim trudem zamarza (rodzaj środka przeciw zamarzaniu).

Z ryby słodkowodne w listopadzie karp, jazgarz, okoń, sum i inne zapadają w stan hibernacji. Gdy temperatura wody spadnie poniżej 8 - 10°C, ryby te przemieszczają się do głębszych partii zbiorników, zakopują się w dużych grupach w mule i pozostają tam przez całą zimę w stanie hibernacji.

Niektóre ryby morskie Tolerują także ekstremalne zimno w stanie hibernacji. Przykładowo śledź już jesienią zbliża się do wybrzeży Oceanu Arktycznego, aby zapaść w stan hibernacji na dnie jakiejś małej zatoki. Sardel czarnomorski zimuje także w południowych rejonach morza - u wybrzeży Gruzji w tym czasie nie jest aktywny i nie spożywa pożywienia. A przed nadejściem zimy sardela azowska migruje do Morza Czarnego, gdzie gromadzi się w grupach w stosunkowo osiadłym stanie.

Hibernacja ryb charakteryzuje się wyjątkowo ograniczoną aktywnością, całkowitym zaprzestaniem odżywiania i gwałtownym spadkiem metabolizmu. W tym czasie ich organizm jest wspierany przez rezerwy składników odżywczych zgromadzone w wyniku obfitego odżywiania jesienią.

Hibernacja płazów

Pod względem stylu życia i budowy klasa płazów jest klasą przejściową między typowo wodnymi kręgowcami a typowo lądowymi zwierzętami. Wiadomo, że różne gatunki żab, traszek i salamandrów również niekorzystną porę zimową spędzają w stanie odrętwienia, gdyż są to zwierzęta o niestabilnej temperaturze ciała, zależnej od temperatury otoczenia.

Ustalono, że zimowa hibernacja żab trwa od 130 do 230 dni i zależy od czasu trwania zimy.

W zbiornikach wodnych, w celu zimowania, żaby gromadzą się w grupach po 10-20 osobników, zakopują się w mule, podwodnych zagłębieniach i innych pustkach. W czasie hibernacji żaby oddychają wyłącznie przez skórę.

Zimą traszki spędzają przeważnie czas pod ciepłymi, zgniłymi pniami i pniami powalonych drzew. Jeśli w pobliżu nie znajdą tak wygodnych „mieszkań”, zadowalają się pęknięciami w ziemi.

Gady również zapadają w sen zimowy

Z klasy gadów prawie wszystkie gatunki naszej fauny zapadają zimą w stan hibernacji. Główną przyczyną tego zjawiska są niskie temperatury zimą.

Zimowiska to zazwyczaj podziemne jaskinie lub puste przestrzenie utworzone wokół dużych, starych pniaków ze zgniłymi korzeniami, szczelin w skałach i innych miejscach niedostępnych dla ich wrogów. W takich schronieniach gromadzi się duża liczba węży, tworząc ogromne kule węży. Ustalono, że temperatura węży podczas hibernacji prawie nie różni się od temperatury otoczenia.

Większość gatunków jaszczurek (łąkowych, pasiastych, zielonych, leśnych, wrzecionowatych) również zapada w sen zimowy, zakopując się w ziemi, w norach, którym nie grozi powódź. Zimą w ciepłe, słoneczne dni jaszczurki mogą „obudzić się” i wypełznąć ze swoich zimowych schronień na kilka godzin w celu polowania, po czym wycofują się z powrotem do swoich nor, popadając w stan odrętwienia.

Żółwie bagienne zimę spędzają zagrzebując się w mule zbiorników, w których żyją, natomiast żółwie lądowe wspinają się na głębokość do 0,5 m w glebę w niektórych naturalnych schronieniach lub norach kretów, lisów, gryzoni, pokrywając się torfem, mech i mokre liście.

Przygotowania do zimowania rozpoczynają się w październiku, kiedy żółwie gromadzą tłuszcz. Wiosną, przy chwilowym ociepleniu, budzą się, czasem na cały tydzień.

Czy ptaki zapadają w sen zimowy?

Większość zwierząt o niestabilnej temperaturze ciała, zależnej od środowiska, wchodzi w stan hibernacji. Zaskakujące jest jednak to, że wiele zwierząt o stałej temperaturze ciała, np. ptaki, może zapadać w sen zimowy również w niesprzyjających porach roku. Wiadomo, że większość ptaków migrując unika niekorzystnych warunków zimowych. Arystoteles w swojej wielotomowej Historii zwierząt zwracał uwagę na fakt, że „niektóre ptaki odlatują, aby spędzić zimę w ciepłe kraje inne zaś szukają schronienia w różnych schronieniach, w których zapadają w sen zimowy.”

Do takiego wniosku doszedł także wybitny szwedzki przyrodnik Carl Linnaeus, który w swoim dziele „System natury” napisał: „Jesienią, gdy pogoda zaczyna się robić chłodniejsza, jaskółki, nie znajdując wystarczającej ilości owadów do pożywienia, zaczynają szukać schronienie na zimę w trzcinowych zaroślach wzdłuż brzegów jezior i rzek.

Odrętwienie, w jakie popadają niektóre gatunki ptaków, znacznie różni się od stanu hibernacji charakterystycznego dla wielu ssaków. Po pierwsze, organizm ptaka nie tylko nie gromadzi zapasów energii w postaci tłuszczu, ale wręcz przeciwnie, zużywa jego znaczną część. Podczas gdy ssaki zapadają w sen zimowy, przybierając zauważalnie na wadze, ptaki tracą dużo na wadze, zanim popadają w odrętwienie. Dlatego zjawisko odrętwienia u ptaków, zdaniem radzieckiego biologa R. Potapowa, należy raczej nazwać hipotermią niż hibernacją.

Do chwili obecnej mechanizm hipotermii u ptaków nie został w pełni poznany. Wpadanie ptaków w stan odrętwienia w niesprzyjających warunkach życia jest adaptacyjną reakcją fizjologiczną, która utrwaliła się w procesie ewolucji.

Jakie ssaki zapadają w sen zimowy?

Podobnie jak u zwierząt omówionych wcześniej, u ssaków hibernacja jest biologiczną adaptacją pozwalającą przetrwać niesprzyjającą porę roku. Pomimo tego, że zwierzęta o stałej temperaturze ciała z reguły tolerują chłodne warunki klimatyczne, brak odpowiedniego pożywienia w okresie zimowym stał się przyczyną nabycia i stopniowego utrwalenia w procesie ewolucji przez część z nich tego swoistego instynktu – spędzania niesprzyjających warunków sezon zimowy w nieaktywnym stanie hibernacji.

W zależności od stopnia odrętwienia wyróżnia się trzy rodzaje hibernacji:

1) łagodne odrętwienie, które łatwo ustępuje (szopy, borsuki, niedźwiedzie, jenoty);

2) całkowite odrętwienie, któremu towarzyszą okresowe przebudzenia jedynie w cieplejsze zimowe dni (chomiki, wiewiórki, nietoperze);

3) rzeczywista ciągła hibernacja, czyli stabilne, długotrwałe odrętwienie (suły, jeże, świstaki, skoczki).

Zimowa hibernacja u ssaków poprzedzona jest pewnym fizjologicznym przygotowaniem organizmu. Polega ona przede wszystkim na gromadzeniu się zapasów tłuszczu, głównie pod skórą. U niektórych hibernatorów zimowych tłuszcz podskórny osiąga 25% ich całkowitej masy ciała. Na przykład wiewiórki ziemne przybierają na wadze już na początku jesieni, zwiększając swoją masę ciała trzykrotnie w porównaniu z wagą wiosenno-letnią. Przed hibernacją zarówno jeże, jak i niedźwiedzie brunatne, a także wszystkie nietoperze.

Inne ssaki, takie jak chomiki i wiewiórki, nie gromadzą dużych zapasów tłuszczu, ale przechowują żywność w schronisku do wykorzystania podczas krótkich okresów przebudzenia zimą.

Podczas hibernacji wszystkie gatunki ssaków leżą nieruchomo w swoich norach, zwinięte w kłębek. Jest to najlepszy sposób na zachowanie ciepła i ograniczenie wymiany ciepła z otoczeniem. Zimowiska wielu ssaków to naturalne zagłębienia w pniach i dziuplach drzew.

Spośród ssaków owadożernych jeż zbiera się w ramach przygotowań do hibernacji odosobnione miejsce mech, liście, siano i robi sobie gniazdo. Ale „zadomowi się” w nowym domu dopiero wtedy, gdy osiągnie odpowiednią temperaturę od dawna utrzymuje się w temperaturze poniżej 10°C. Wcześniej jeż dużo je, aby zgromadzić energię w postaci tłuszczu.

Hibernacja niedźwiedzie brunatne jest lekkie drętwienie. W naturze niedźwiedź latem gromadzi grubą warstwę tłuszczu podskórnego i tuż przed nadejściem zimy zapada w sen zimowy. Zwykle jaskinia jest pokryta śniegiem, więc w środku jest znacznie cieplej niż na zewnątrz. Podczas hibernacji zgromadzone zapasy tłuszczu wykorzystywane są przez organizm niedźwiedzia jako źródło składników odżywczych, a także chronią zwierzę przed zamarznięciem.

Z fizjologicznego punktu widzenia hibernacja u ssaków charakteryzuje się osłabieniem wszystkich funkcji życiowych organizmu do minimum, które pozwoliłoby im przetrwać niesprzyjające warunki zimowe bez pożywienia.

Zmiana pór roku w strefa umiarkowana pociąga za sobą istotne zmiany w życiu przyrody, związane przede wszystkim ze zmianami temperatury. Przystosowania roślin i zwierząt związane ze zmianami warunków zewnętrznych mają różne kształty i objawy: u ssaków wyrasta gruby podszerstek, ptaki wędrowne zmieniają swoje siedliska, inne ptaki pokrywają się puchem, który jest złym przewodnikiem ciepła i chroni zwierzęta przed hipotermią w zimie.

Przygotowania do zimy

W połowie lata zatrzymuje się wzrost wielu gatunków roślin, zmniejsza się liczba roślin kwiatowych i kończy się hodowla ptaków. Rozpoczyna się dojrzewanie owoców i nasion; Przygotowanie do zimy staje się coraz bardziej zauważalne.

Rośliny gromadzą rezerwowe składniki odżywcze w narządach zimujących: korzeniach, kłączach, cebulach, bulwach.

U owadów tłuszcz gromadzi się w specjalnych narządach - ciałach tłuszczowych. Tłuszcz odkłada się także w tkance podskórnej wielu ssaków. Jesienią ptaki i ssaki linieją. Liście spadają z drzew i krzewów.

Stan głębokiego odpoczynku

Wiele gatunków organizmów nabyło zdolność przetrwania niesprzyjających warunków (wysokie lub bardzo niskie temperatury, obniżona wilgotność, brak pożywienia itp.) w stanie głębokiego spoczynku. Charakteryzuje się osłabieniem procesów fizjologicznych, wolniejszą wymianą gazową, zaprzestaniem odżywiania i bezruchem u zwierząt.

Temperatura powodująca ten stan jest inna różne typy. U niektórych owadów, ryb i płazów głęboki spoczynek następuje już przy temperaturze +15°C, u innych - w +10°C, u jeszcze innych dopiero w temperaturze bliskiej 0°C.

U różnych gatunków roślin różne narządy przechodzą okres spoczynku zimowego. Rośliny cebulowe mają cebule, paprocie i wiele innych mają kłącza, groszek słodki ma bulwy podziemne, osty mają rozety liści dociśniętych do ziemi, a większość roślin ma nasiona.

Zwierzęta bezkręgowe mogą zimować na różnych etapach rozwoju. Zatem komar malaryczny jest w stadium dorosłego owada, komar wiosenny jest w stadium larwalnym, komar pusty w stadium jaja, a motyl kapuściany w stadium poczwarki.

Jesienią i zimą rośliny i owady przyzwyczajają się do zimna, a ich odporność na niskie temperatury wzrasta. Nazywa się to hartowaniem.

Anabioza zwierząt i roślin

Organizmy w stanie zawieszenia ruchu są szczególnie odporne na niekorzystne warunki. W zawieszonej animacji procesy życiowe zostają chwilowo zatrzymane lub tak zredukowane, że nie ma widocznych przejawów życia.

U roślin kwitnących stan zawieszonej animacji jest częścią normalnego cyklu życiowego. Suszone nasiona zachowują żywotność przez wiele lat. U wielu bezkręgowców (pierwotniaki, niższe skorupiaki, wrotki) zawieszona animacja następuje, gdy wysychają kałuże i bagna, w których żyją.

Inne bezkręgowce po zamrożeniu przechodzą w stan zawieszenia. Pierwotniaki i niektóre stawonogi (rozwielitki, cyklopy, owady) mogą zamarznąć, zamieniając się w lód.

W specjalnie zaprojektowanych eksperymentach gąsienice motyli przetrwały zamrożenie w temperaturze -7,9°C, a glisty -183°C. Zarodniki mchów i paproci oraz nasion zbóż po wysuszeniu poddano działaniu temperatury -272°C i zachowały zdolność kiełkowania.

Ustalono, że powrót do aktywnego życia ze stanu zawieszenia ożywienia jest możliwy tylko wtedy, gdy płyn tkankowy nie tworzy kryształów, lecz pozostaje w stanie przechłodzonym. Dzieje się tak dlatego, że w tkankach tworzy się glicerol, który zapobiega zamarzaniu.

Fizjologia hibernacji

Spadek tempa metabolizmu stwierdzany u ssaków objawia się w postaci hibernacji. Przyczyną jego wystąpienia jest spadek temperatury, a także brak pożywienia zarówno zimą, jak i latem, kiedy roślinność na stepie i pustyni wypala się z gorąca.

Chomiki, wiewiórki, nietoperze, jeże i niektóre rodzaje wiewiórek naziemnych przechodzą w stan hibernacji. hibernacja Obserwuje się to u innych gatunków wiewiórek ziemnych estywacja, zwykle w suchej połowie lata. Podczas hibernacji zmniejsza się termoregulacja czynna, temperatura ciała spada prawie do temperatury otoczenia, a wszystkie funkcje ulegają spowolnieniu. Na przykład tętno nietoperzy spada z 420 do 16 na minutę.

Niektóre ssaki - niedźwiedzie, borsuki, jenoty, wiewiórki - zapadają w sen zimowy, podczas którego metabolizm również znacznie spada, ale nie następuje spadek temperatury ciała.

Urządzenia specjalne

Aby ukończyć cykl życia Niektóre rośliny, owady i wiele innych organizmów muszą się ochłodzić i przejść przez etapy zimowego spoczynku. W tym czasie zachodzą pewne procesy fizjologiczne, które przygotowują organizm do nowych aktywnych czynności życiowych.