Что помогает животным переживать неблагоприятные условия среды. Приспособления млекопитающих к переживанию неблагоприятных условий. Как животные влияют на неживую природу
Разделы: Биология
Цели: увеличить области познания учеников; научиться анализировать явление временного прекращение жизнедеятельности у живых организмов, использующих его как средство приспособиться и выжить в неблагоприятных условиях.
Оборудование: таблицы моллюсков, ракообразных, насекомых, рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как из-за низкой температуры, так и резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи; у других выработалось другое приспособление – миграция. Известны поразительно дальние перелёты многих видов птиц, миграции некоторых видов рыб и других представителей мира животных. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления – способность впадать в безжизненное на первый взгляд состояние, которое у различных видов животных проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приёма пищи. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые не в состоянии обеспечить себя пищей зимой и для них существует опасность гибели от холода и голода. И всё это выработанное в процессе эволюции, подчинено строгой природной целесообразности – необходимости сохранить вид.
Зимняя спячка – широко распространённое явление в природе, несмотря на то, что её проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые ещё и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой тела (гомойотермные), называемые ещё и теплокровными.
Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела- несколько видов птиц и многие виды млекопитающих.
Как зимуют улитки?
Из типа мягкотелых в зимнюю спячку впадают многие виды улиток (например, все наземные улитки). Встречающиеся садовые улитки впадают в зимнюю спячку в октябре, и она длится до начала апреля. После долгого подготовительного периода, в течение которого они накапливают в своём организме необходимые питательные вещества, улитки находят или выкапывают норки, чтобы несколько особей могли вместе перезимовать глубоко под землёй, где температура будет поддерживаться на уровне 7 - 8°С. Хорошо закупорив норки, улитки спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх. Затем они закрывают это отверстие, выпуская слизистое вещество, которое вскоре затвердевает и становится эластичным (похожим на плёнку). При значительном похолодании и недостатке питательных веществ в организме, улитки зарываются ещё глубже в землю и образуют ещё одну плёнку, таким образом создавая воздушные камеры, играющие роль прекрасного изолятора. Установлено, что во время продолжительной зимовки улитки теряют более 20% своего веса, причём самая большая потеря приходится на первые 25-30 дней. Это объясняется тем обстоятельством, что все процессы обмена веществ постепенно затухают, чтобы достигнуть того минимума, при котором животное впадает почти в состояние анабиоза с едва уловимыми жизненными функциями. Во время зимней спячки улитка не питается, дыхание почти прекращается. Весной, когда наступают первые тёплые дни и температура почвы достигает 8-10° С, когда начинает развиваться растительность и выпадают первые дожди, улитки вылезают из своих зимних убежищ. Тогда начинается интенсивная деятельность по восстановлению исчерпанных пищевых резервов в их организме; это выражается в поглощении огромного по сравнению с их телом количества пищи.
Водяные улитки прудовики тоже впадают в состояние зимней спячки – большинство из них зарывается в ил на дне водоёма, в котором они обитают.
Где зимуют раки?
Всем известна популярная в народе угроза: “Я тебе покажу, где раки зимуют!”. Предполагают, что эта поговорка появилась во времена крепостного права, когда помещики, наказывая провинившихся крепостных мужиков, заставляли их ловить раков зимой. Между тем известно, что это почти невозможно, так как раки зимуют, глубоко зарывшись в ямы на дне водоёмов.
С точки зрения систематики класс ракообразных подразделяется на два подкласса – высшие и низшие ракообразные.
Из высших ракообразных речной, болотный и озёрный раки впадают в состояние зимней спячки. Самцы зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки – в одиночку в норках, причём они ещё в ноябре приклеивают к своим коротким ножкам оплодотворённые яйца, из которых лишь в июне вылупятся рачки величиной с муравья.
Из низших ракообразных интерес представляют водяные блохи (род Дафнии). Они откладывают, в зависимости от условий, два вида яиц – летние и зимние. Зимние яйца имеют прочную оболочку и образуются при наступлении неблагоприятных условий жизни. Для некоторых видов низших ракообразных высыхание и даже замерзание яиц являются необходимым условием для продолжения их развития.
Диапауза у насекомых
По многочисленности видов насекомые превосходят все остальные классы. Их температура тела зависит от окружающей среды, оказывающей сильное воздействие на скорость жизненных воздействий, причём низкие температуры в значительной степени уменьшают эту скорость. При отрицательных температурах сильно замедляется или практически останавливается всё развитие насекомого. Это анабиотическое состояние, известное под названием “диапауза”, представляет собой обратимую остановку процессов развития и вызывается внешними факторами. Диапауза наступает при возникновении неблагоприятных для жизни условий и продолжается всю зиму, пока с наступлением весны условия не станут более благоприятными.
Наступление зимнего сезона застаёт разные виды насекомых на разных стадиях их развития, в которых они и зимуют – в виде яиц, личинок, куколок или взрослых форм, но обычно каждый отдельный вид впадает в диапаузу на определённой стадии своего развития. Так, например, семиточечная божья коровка зимует во взрослом состоянии.
Характерно, что зимовке насекомых предшествует определённая физиологическая подготовка их организма, состоящая из накопления в их тканях свободного глицерина, который не допускает замерзания. Это происходит на той стадии развития насекомого, в которой они будут зимовать.
Ещё с наступлением первых признаков похолодания осенью насекомые находят удобные убежища (под камнями, под корой деревьев, под опавшей листвой в норках в почве и пр.), где после снегопада умеренно низкая и равномерная температура.
Продолжительность диапаузы у насекомых находятся в прямой зависимости от запасов жира в организме. Пчёлы не впадают в продолжительную диапаузу, но всё же при температуре от 0 до 6° С оцепеневают и в этом состоянии могут находится 7-8 дней. При более низкой температуре они погибают.
Интересно и то, как насекомые точно определяют момент, когда им следует выйти из анабиотического состояния. Учёный Н.И. Калабухов исследовал анабиоз у некоторых видов бабочек. Он установил, что продолжительность диапаузы у отдельных видов различная. Например бабочка павлиний глаз пребывала в состоянии анабиоза 166 дней при температуре 5,9° С, в то время как тутовому шелкопряду понадобилось 193 дня при температуре 8,6°С. По мнению учёного, даже различия в географическом районе оказывают влияние на продолжительность диапаузы.
Впадают ли в зимнюю спячку рыбы?
Своеобразным путём приспосабливаются к низким температурам воды зимой и некоторые виды обширного класса рыб. Обычная температура тела у рыб не постоянная и соответствует температуре воды. При внезапном резком понижении температуры воды рыбы впадают в шоковое состояние. Достаточно, однако, чтобы вода потеплела, и они быстро “оживают”. Опыты показали, что замороженные рыбы оживают лишь в тех случаях, когда не замерзли их кровеносные сосуды.
Оригинально приспосабливаются к низким температурам воды зимой некоторые рыбы, обитающие в арктических водах: они изменяют свой состав крови. С понижением температуры воды осенью в их крови скапливаются соли в такой концентрации, какая характерна для морской воды, а при этом кровь замерзает с большим трудом (своеобразный антифриз).
Из пресноводных рыб ещё в ноябре в зимнюю спячку впадают карп, ёрш, окунь, сом и другие. Когда температура воды падает ниже 8 - 10°С, эти рыбы переходят в более глубокие части водоёмов, зарываются большими группами в ил и остаются там в состоянии зимней спячки на протяжении всей зимы.
Некоторые морские рыбы тоже переносят сильные холода в состоянии зимней спячки. Так, например, сельдь уже осенью приближаются к побережью Ледовитого океана, чтобы впасть в состояние зимней спячки на дне какого-нибудь небольшого заливчика. Черноморская хамса тоже зимует в южных районах моря – у берегов Грузии, в это время она не активна и пищу не потребляет. А азовская хамса перед наступлением зимнего периода мигрирует в Чёрное море, где собирается в группы в сравнительно малоподвижном состоянии.
Зимняя спячка у рыб характеризуется крайне ограниченной их активностью, полным прекращением питания и резким уменьшением обмена веществ. В это время их организм поддерживается за счёт запасов питательных веществ, накопленных благодаря обильному питанию в осенний период.
Зимняя спячка земноводных
По образу жизни и устройству класс земноводных является переходным между типично водными позвоночными и типично наземными животными. Известно, что различные виды лягушек, тритонов, саламандр также проводят неблагоприятный зимний сезон в состоянии оцепенения, так как это животные с непостоянной температурой тела, которая зависит от температуры окружающей среды.
Установлено, что зимняя спячка лягушек продолжается от 130 до 230 дней и её продолжительность зависит от продолжительности зимы.
В водоёмах, чтобы перезимовать, лягушки собираются группами по 10-20 экземпляров, зарываются в ил, в подводные впадины и другие пустоты. Во время зимней спячки лягушки дышат только через кожу.
Зимой тритоны обычно устраиваются под тёплыми прогнившими пнями и стволами упавших деревьев. Если они не находят поблизости таких удобных “квартир”, то удовлетворяются трещинами в почве.
Пресмыкающиеся тоже впадают в зимнюю спячку
Из класса пресмыкающихся почти все виды нашей фауны зимой впадают в состояние зимней спячки. Низкие зимние температуры – основная причина этого явления.
Зимние квартиры – это обычно подземные пещеры или пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, щели в скалах и других местах, которые не доступны их врагам. В таких укрытиях собирается большое число змей, образуя огромные змеиные клубки. Установлено, что температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды.
Большинство видов ящериц (луговая, полосатая, зелёная, лесная, веретеница) тоже впадают в зимнюю спячку, зарывшись в почву, в норы, которым не угрожает наводнение. В тёплые солнечные дни зимой ящерицы могут “пробуждаться” и выползать из своих зимних убежищ на несколько часов, чтобы поохотиться, после чего снова прячутся в свои норки, впадая в состояние оцепенения.
Болотные черепахи проводят зиму, зарывшись в ил водоёмов, в которых они обитают, в то время как сухопутные забираются на глубину до 0,5 м в почву в какие-нибудь естественные укрытия или норы кротов, лисиц, грызунов, закрывшись торфом, мхом и влажными листьями.
Подготовка к зимовке начинается ещё в октябре, когда черепахи накапливают жир. Весной при временном потеплении они просыпаются, иногда на целую неделю.
Есть ли птицы, впадающие в зимнюю спячку?
Большинство животных с непостоянной температурой тела, которая зависит от окружающей среды, впадают в состояние зимней спячки. Но удивительно, что и многие животные с постоянной температурой тела, например, птицы, тоже могут впадать в зимнюю спячку в течение неблагоприятных сезонов года. Известно, что большая часть птиц избегает неблагоприятных зимних условий путём перелётов. Ещё Аристотель в своей многотомной “Истории животных” обратил внимание на тот факт, что “часть птиц улетает, чтобы перезимовать в тёплых странах, а другие укрываются в разных убежищах, где впадают в зимнюю спячку”.
К этому выводу пришёл и крупный шведский естествоиспытатель Карл Линней, который в своём труде “Система природы” писал: “Осенью, когда начинается похолодание, ласточки, не находя достаточно насекомых для пропитания, начинают искать убежище для зимовки в зарослях тростника вдоль берегов озёр и рек”.
Оцепенение, в которое впадают некоторые виды птиц, значительно отличается от зимней спячки, свойственной многим млекопитающим. Прежде всего, организм птиц не только не накапливает энергетических запасов в виде жира, но, наоборот, расходует значительную их часть. В то время как млекопитающие впадают в зимнюю спячку, заметно прибавив в весе, птицы перед оцепенением сильно худеют. Вот почему явление оцепенения у птиц, как считает советский биолог Р. Потапов, должно называться не зимней спячкой, а гипотермией.
До сих пор механизм гипотермии у птиц до конца не изучен. Впадение птиц в состояние оцепенения при неблагоприятных условиях жизни представляет собой приспособительную физиологическую реакцию, закрепившуюся в процессе эволюции.
Какие млекопитающие впадают в зимнюю спячку?
Как и у тех животных, о которых шла речь раньше, так и у млекопитающих зимняя спячка – это биологическое приспособление для переживания неблагоприятного сезона года. Несмотря на то, что животные с постоянной температурой тела обычно переносят условия холодного климата, недостаток подходящей пищи зимой стал причиной приобретения и постепенного закрепления в процессе эволюции некоторыми из них этого своеобразного инстинкта – проведение неблагоприятного зимнего сезона в неактивном состоянии зимней спячки.
Различают три типа зимней спячки по степени оцепенения:
1) лёгкое оцепенение, которое легко прекращается (еноты, барсуки, медведи, енотовидные собаки);
2) полное оцепенение, сопровождающееся периодическими пробуждениями только в более тёплые зимние дни (хомяки, бурундуки, летучие мыши);
3) настоящая непрекращающаяся зимняя спячка, представляющая собой стабильное, продолжительное оцепенение (суслики, ежи, сурки, тушканчики).
Зимней спячке млекопитающих предшествует определённая физиологическая подготовка организма. Она состоит, прежде всего, в накоплении запасов жира, главным образом под кожей. У некоторых спящих зимой зимней спячкой подкожный жир достигает 25% общей массы тела. Например, суслики ещё в начале осени толстеют, увеличивая вес своего тела втрое по сравнению с весенне-летним весом. Перед зимней спячкой значительно толстеют и ежи, и бурые медведи, а также и все летучие мыши.
Другие млекопитающие, например хомяки и бурундуки, не накапливают больших запасов жира, а делают запасы пищи в своём убежище, чтобы пользоваться ими в периоды своего краткого пробуждения зимой.
Во время зимней спячки все виды млекопитающих лежат неподвижно в своих норах, свернувшись в клубок. Так лучше всего сохранить тепло и ограничить теплообмен с окружающей средой. Зимник квартиры многих млекопитающих – это естественные пустоты стеблей и дупла деревьев.
Из насекомоядных млекопитающих ёж, готовясь к зимней спячке, собирает в укромном месте мох, листья, сено и устраивает себе гнездо. Но “поселяется” в своём новом доме лишь тогда, когда температура долгое время удерживается ниже 10° С. Перед этим ёж обильно питается, чтобы накопить энергию в виде жира.
Зимняя спячка бурых медведей является лёгким оцепенением. В природе летом медведь накапливает толстый слой подкожного жира и непосредственно перед наступлением зимы устраивается в своей берлоге для зимней спячки. Обычно берлога покрывается снегом, так что внутри значительно теплее, чем снаружи. Во время спячки, накопленные жировые запасы используются организмом медведя и как источник питательных веществ, а также предохраняют животное от замерзания.
С физиологической точки зрения зимняя спячка млекопитающих характеризуется ослаблением всех функций жизнедеятельности организма до того минимума, который позволил бы им пережить неблагоприятные зимние условия без пищи.
Мать-природа обладает очень упрямым характером. Она всегда старается покорить любые суровые условия, созданные неустанными силами нашей планеты, и именно в таких экстремальных условиях изобретательность мира природы можно лицезреть во всей её красе. В подавляющем количестве случаев природа кажется умнее любого учёного, и изобретает способы выживания, которые могут послужить источником вдохновения для желания человека покорить любые суровые условия. Ниже представлено десять примеров поразительных адаптаций животных к экстремальным температурам и другим неблагоприятным условиям:
10. Арктическая рыба
Рыбы являются пойкилотермными организмами, или проще говоря, холоднокровными животными, а это означает, что чем ниже температура окружающего их пространства, тем труднее для них сохранять свои метаболические функции. Более того, по мере снижения температуры кристаллы льда образуются в клетках их организма и, таким образом, животное может получить непоправимый ущерб, который в конечном итоге приведёт к его смерти. Однако, несмотря на то, что арктические рыбы не обладают роскошью выработки своего собственного тепла, как тела тюленей и других морских млекопитающих, которые живут в той же ледяной воде, они, по-видимому, процветают, и то, каким образом им это удается, озадачивало учёных в течение длительного времени.
Объяснение было найдено в последние годы, когда был обнаружен антифризный белок, который предотвращает образование кристаллов льда в их крови. Тем не менее, как именно этот протеин работает, было обнаружено лишь три года назад в ходе исследования, проведенного компанией «Volkswagen» (да-да, производителем автомобилей). Белок предотвращает образование льда в окружающих его молекулах, и таким образом позволяет клеткам продолжать свой жизненный цикл. Это явление достигается за счёт того, что белок замедляет молекулы воды, которые обычно находятся в состоянии непрерывных движений, похожих на танцевальные. Это препятствует формированию и разрыву связей, которые необходимы для образования льда. Аналогичный белок был найден у нескольких видов жуков, которые живут на больших высотах или в непосредственной близости к Арктическому кругу.
9. Замерзание для выживания
Арктические рыбы избегают замерзания, но другие животные эволюционировали таким образом, чтобы полностью замерзать, чтобы выжить в холодное время года. Как бы парадоксально это ни звучало, но несколько видов лягушек и черепах практически полностью замерзают и проводят в таком состоянии всю зиму. Любопытно то, что они замерзают вплоть до твёрдого состояния и если бросить такую замороженную, но живую лягушку в окно - оно моментально разобьётся, как от удара куском льда. Затем лягушки чудесным образом оттаивают назад к живому состоянию во время весны. Этот выдающийся способ выживания зимой объясняется тем фактом, что мочевина и глюкоза (которая образуется от преобразования гликогена в печени, которое происходит перед замораживанием) ограничивают количество льда и уменьшают осмотическую усадку клеток, что в противном случае могло бы привести к смерти животного. Другими словами, сахар позволяет лягушки выжить. Однако, у их устойчивости есть свой лимит: хотя они выглядят полностью твёрдыми в замороженном состоянии, животные могут не выжить, если замёрзнет более 65 процентов воды в их теле.
8. Химическое тепло
Мы всё ещё находимся в мире хладнокровных животных. Большинство из нас узнали на уроках физики, что чем меньше объект, тем ему труднее сохранять тепло. Более того, мы знаем, что холоднокровные животные, как правило, довольно вялые и способны только на короткие всплески энергии. Однако насекомые, несмотря на то, что являются пойкилотермными существами, очень активны и достигают они своей энергичности, генерируя тепло тела с помощью химических и механических средств, как правило, путём быстрых и постоянных мышечных движений. Мы можем провести параллель между насекомыми и согреванием дизельного двигателя зимой, перед его запуском. Они делают это не только для выработки энергии, необходимой для поддерживания полёта, но и для защиты от холода зимой, например, пчёлы собираются в кучу и дрожат, чтобы не замёрзнуть.
7. Инцистирование
Простейшие, бактерии и споры, а также некоторые нематоды, используют инцистирование (которое представляет собой вхождение в состояние анабиоза, и отделение от внешнего мира при помощи твёрдой клеточной стенки), чтобы выдержать неблагоприятные условия в течение длительных периодов времени. Очень длительных периодов времени.
Фактически, инцистирование именно поэтому и является одним из самых выдающихся достижений мира природы: учёным удалось вернуть к жизни бактерии и споры, возраст которых достигал миллионы лет - самой старой из которых было примерно 250 миллионов лет (да, она была старше динозавров). Инцистирование вполне может быть единственным способом, при помощи которого Парк Юрского периода может стать реальностью. С другой стороны, представьте себе, что произойдёт, если учёные оживят вирус, от которого у человеческого организма нет защиты...
6. Природные радиаторы
Поддержание прохлады является проблемой в тропических районах, особенно если речь идёт о крупных или более энергичных животных. Природные радиаторы представляют собой эффективный способ снижения температуры тела: например, уши слонов и кроликов полны кровеносных сосудов, и помогают животным охладить свое тело в жару. У кроликов, проживающих в арктических районах уши намного меньше, как и у шерстистых мамонтов, природа сделала их уши маленькими, чтобы защитить их от холода. Радиаторы также встречались и в доисторическом мире, у таких животных как диметродоны, которые жили в пермский период или, по мнению некоторых учёных, у динозавров, принадлежащих к семейству стегозавров, пластины которых были насыщены сосудами для облегчения теплообмена.
5. Мегатермия
Слишком большой размер может быть недостатком для существ, живущих в тропических районах, так как им постоянно необходимо снижать температуру тела. Однако в холодных водах, большие холоднокровные существа могут процветать и быть достаточно энергичными. Предпосылкой для этого является размер: мегатермия является способностью генерировать тепло за счёт массы тела, это явление встречается у кожистых морских черепах (самых больших черепах в мире), либо у крупных акул, таких как большая белая акула или акула мако. Это увеличение температуры тела позволяет этим существам быть довольно энергичными в холодных водах - более того, морские кожистые черепахи являются самыми быстрыми рептилиями на Земле, способными развить скорость до 32 километров час за короткий рывок.
4. Изменение свойств крови
Для того чтобы выжить в экстремальных условиях, некоторые животные выработали различные виды состава крови: например кашалот и горный гусь Азии. Оба эти вида обладают странной способностью хранить намного больше кислорода в клетках крови, чем другие животные. Однако нуждаются они в этом по разным причинам: кашалоту приходится задерживать своё дыхание в течение длительного времени в связи с тем, что он погружается на большую глубину в поисках пищи. Горному гусю необходимо поддерживать энергичный полёт над гималайским горным хребтом, а на тех высотах, на которых он летит, в воздухе содержится очень мало кислорода.
3. Дыхательная адаптация
В тропических и экваториальных районах смена времен года может привести к катастрофе для многих животных. Сезон дождей может означать частые наводнения, в которых многие наземные животные теряют жизни, в то время как сезон засухи означает отсутствие воды, что, естественно, плохо для всех. Среди животных, для обеспечения выживания которых природа пошла на многое, находятся рыбы, которые дышат воздухом. Многие из нас слышали о двоякодышащей рыбе, относящейся к надотряду двоякодышащих, которая создаёт слизистый мешок, чтобы защитить себя от засухи, но некоторые виды сомов и угрей не только дышат воздухом, но и способны путешествовать по земле между водоёмами. Эти рыбы способны получать кислород из воздуха не через лёгкие или жабры, но за счет использования специальных областей своих кишечников.
2. Жизнь в аду
С момента их открытия, гидротермальные жерла опровергли многие теории, которые учёные выдвигали относительно глубоководной морской жизни. Температура воды, окружающей эти жерла превышает температуру кипения, но само давление воды на этих глубинах предотвращает любое появление пузырьков. Из гидротермальных жерл постоянно выбрасывается сероводород, являющийся высокотоксичным веществом для большинства форм жизни. Однако эти адские жерла часто окружены колониями различных природных организмов, большинство из которых, очевидно, процветает в токсичном, лишённом солнца мире. Эти существа сумели справиться с нехваткой солнечного света (который, как мы знаем, является важной частью для большинства форм жизни, так как он запускает синтез витамина D) и с невероятно высокими температурами. Исходя из того, что многие глубоководные существа, обитающие вокруг жерл, являются довольно примитивными с эволюционной точки зрения, учёные в настоящее время пытаются выяснить, были ли эти жерла реальными условиями зарождения жизни, которая впервые появилась примерно 3,5 миллиарда лет назад.
1. Отважная колонизация
Стоит отметить, что этот пункт нашего списка до сих пор не имеет досконального научного объяснения: один вид попугаев, эндемичных Никарагуа, мексиканская аратинга (Aratinga holochlora) гнездится в кратере вулкана Масая (Masaya volcano). Труднообъяснимая часть заключается в том, что кратер постоянно выпускает сернистые газы, которые являются довольно-таки смертоносными. Как эти попугаи могут гнездиться в среде, которая может с лёгкостью убить людей и других животных в течение нескольких минут, всё ещё остаётся загадкой для учёных, и это доказывает то, что для матушки-природы, в её решимости покорять пространства, не страшны никакие преграды. Тогда как у фауны, обитающей вблизи глубоководных морских жерл, были миллионы лет эволюции для приспособления к жизни в таких условиях, зелёные попугаи кратера вулкана Масая начали вести этот образ жизни совсем недавно с точки зрения эволюции. Изучая такие отважные виды, человек может достичь лучшего понимания того, как работает чудо вселенной - эволюция, так же, как Чарльз Дарвин наблюдал за зябликами из Галапагосских островов в ходе своего путешествия на борту «Beagle».
К зиме или засушливому лету в организме накапливаются резервные энергетические вещества, помогающие пережить тяжелый сезон, например, гликоген. Животные в той или иной мере жиреют. У некоторых видов жир составляет до 25% от общей массы тела Например, малый суслик весной имеет массу около 100-150 г, а в середине лета - до 400 г..
Приспособления к неблагоприятным условиям среды выражаются и в миграциях. Так, осенью, по мере ухудшения кормовых условий, основная масса песцов и северных оленей откочевывает из тундры на юг, в лесотундру и даже в тайгу, где легче добыть корм из-под снега. Вслед за оленями мигрируют к югу и тундровые волки. В северных районах тундры зайцы-беляки в начале зимы предпринимают массовые кочевки на юг, весной - в обратном направлении. Горные копытные к лету поднимаются в верхние пояса гор с их богатым травостоем, зимой же, по мере увеличения глубины снегового покрова, они спускаются вниз. И в этом случае наблюдаются совмещенные с копытными миграции некоторых хищников, например волков.
В целом, у миграции свойственны относительно меньшему числу видов, чем у птиц и у рыб. В наибольшей мере они развиты у морских зверей, рукокрылых и копытных, в то время как среди видов наиболее многочисленных групп - грызунов, насекомоядных и мелких хищников - их практически нет.
Альтернативой миграциям у этих животных служит спячка. Различают факультативную сезонную и непрерывную сезонную спячку. В первом случае температура тела, число дыхательных движений и общий уровень обменных процессов снижаются мало. При изменении обстановки или при беспокойстве сон легко прерывается (медведи, еноты). Настоящая непрерывная сезонная спячка характеризуется потерей способности к терморегуляции, резким сокращением числа дыхательных движений и сокращений сердечной мышцы, падением общего уровня обмена веществ (сурки, суслики).
Важным приспособлением к переживанию неблагоприятных условий является собирание запасов корма. Из числа других позвоночных только немногие группы птиц (воробьиные, совы, дятлы) собирают на зиму корм, но размеры запасов и приспособительное значение этой деятельности у них сравнительно с млекопитающими ничтожно.
Захоронение излишней добычи распространено у . Так, ласки и горностаи собирают по 20-30 полевок и мышей, черные хори складывают подо льдом по несколько десятков лягушек, норки - по несколько килограммов рыбы. Более крупные хищники (куницы, росомахи, кошки, медведи) прячут остатки добычи в укромных местах, под упавшими деревьями, под камнями. Леопарды нередко укрывают часть добычи в ветвях деревьев. Характерной особенностью запасания корма хищниками служит то, что для его захоронения не сооружается специальных кладовых, запасом пользуется только одна особь, соорудившая его. В целом запасы служат лишь малым подспорьем для переживания малокормного периода, и они не могут предотвратить вдруг наступившую бескормицу. По-иному запасают корм различные грызуны и пищухи, хотя и в этом случае наблюдается разная степень совершенства запасания и его значения. Летяги собирают по несколько десятков граммов концевых веточек и сережек ольхи и березы, которые они складывают в дупла. Белки захоранивают в опавших листьях, в дуплах и в земле желуди и орехи. Они развешивают также грибы на ветках деревьев. Одна белка в темно-хвойной тайге запасает до 150-300 грибов, а в ленточных борах Западной Сибири, где кормовые условия хуже, чем в тайге, до 1500-2000 грибов, преимущественно маслят. Сделанные белкой запасы используются многими особями этого вида.
Оценка статьи:
Смена времен года в умеренном поясе влечет значительные изменения в жизни природы, связанные, в первую очередь, с изменением температуры. Приспособления растений и животных, связанные с изменением внешних условий, имеют разную форму и проявления: у млекопитающих отрастает густой подшерсток, перелетные птицы меняют среду обитания, другие птицы покрываются пухом, являющийся плохим проводником тепла и предохраняющий животных зимой от переохлаждения.
Подготовка к зиме
В середине лета рост многих видов растений приостанавливается, уменьшается число цветущих растений, заканчивается размножение птиц. Начинается созревание плодов и семян; становится заметней подготовка к зиме.
У растений скапливаются запасные питательные вещества в перезимовывающих органах: корнях, корневищах, луковицах, клубнях.
У насекомых в специальных органах - жировых телах - накапливается жир. В подкожной клетчатке многих млекопитающих также откладывается жир. Осенью у птиц и млекопитающих происходит линька. Опадают листья с деревьев и кустарников.
Состояние глубокого покоя
Многие виды организмов приобрели способность переживать неблагоприятные условия (высокую или очень низкую температуру, снижение влажности, отсутствие пищи и др.) в состоянии глубокого покоя. Оно характеризуется снижением физиологических процессов, замедлением газообмена, прекращением питания и неподвижностью у животных.
Температура, вызывающая такое состояние, различна для разных видов. У некоторых насекомых, рыб и земноводных глубокий покой наступает уже при падении температуры до +15°С, у других - при +10°С, у третьих - лишь при температуре, близкой к О°С.
У различных видов растений состояние зимнего покоя переживают различные органы. У луковичных растений - луковицы, у папоротника и ряда других - корневища, у душистого горошка - подземные клубни, у чертополоха - прижатые к земле розетки листьев, у большинства же растений - семена.
Беспозвоночные животные могут перезимовывать на различных стадиях развития. Так, обыкновенный малярийный комар - на стадии взрослого насекомого, родниковый - на стадии личинки, дупляной - на стадии яйца, а бабочка капустница - на стадии куколки.
На протяжении осени и зимы у растений и насекомых увеличивается привыкание к холоду, усиливается стойкость к низким температурам. Это получило название закаливания.
Анабиоз животных и растений
Особой стойкостью к неблагоприятным условиям обладают организмы в состоянии анабиоза. При анабиозе жизненные процессы временно прекращены или настолько снижены, что видимые проявления жизни отсутствуют.
У цветковых растений состояние анабиоза входит в нормальный цикл жизни. Семена в высушенном состоянии сохраняют всхожесть многие годы. У ряда беспозвоночных (простейших, низших ракообразных, коловраток) анабиоз наступает при высыхании луж и болот, в которых они обитают.
Другие беспозвоночные впадают в анабиоз при замораживании. Простейшие, некоторые членистоногие (дафнии, циклопы, насекомые) могут вмерзать в лед.
В специально поставленных опытах гусеницы бабочек перенесли замораживание при температуре -7.9°С, а круглые черви -183°С. Споры мхов и папоротников и семена злаков после высушивания были подвергнуты температуре -272°С и сохранили всхожесть.
Установлено, что возвращение к активной жизнедеятельности из состояния анабиоза возможно лишь тогда, когда тканевая жидкость не образует кристаллов, а остается в переохлажденном состоянии. Это связано с тем, что в тканях образуется глицерин, препятствующий промерзанию.
Физиология спячки
Снижение интенсивности обмена веществ, встречающееся у млекопитающих, проявляется в форме спячки. Причинами наступления ее служат понижение температуры, а также отсутствие пищи как зимой, так и летом, когда растительность в степи и пустыне выгорает от зноя.
Хомяки, бурундуки, летучие мыши, ежи, некоторые виды сусликов впадают в зимнюю спячку. У других видов сусликов наблюдается летняя спячка, обычно в засушливую половину лета. Во время спячки снижается активная терморегуляция, температура тела падает почти до температуры окружающей среды, замедляются все функции. Частота сердцебиения у летучих мышей, например, падает с 420 до 16 в минуту.
У некоторых млекопитающих - медведей, барсуков, енотовидных собак, белок - наступает зимний сон, при котором также значительно снижается обмен веществ, но нет падения температуры тела.
Особые приспособления
Для завершения жизненного цикла некоторым растениям, насекомым и ряду других организмов необходимо охлаждение и прохождение зимних стадий покоя. В это время осуществляются определенные физиологические процессы, подготавливающие организм к новой активной жизнедеятельности.
Способы переживания живыми организмами неблагоприятных условий (зимовка, спячка, анабиоз, миграции и т. д.).
Зимовка - способы переживания неблагоприятного зимнего периода (низкие температуры, отсутствие корма) животных умеренных и холодных поясов. У беспозвоночных – существуют циклы развития, где одна из фаз – холодостойкая (пример: яйца саранчи, личинки жуков, куколки бабочек). У теплокровных животных – спячка (гибернация)- медведь, еж, барсук – во время нее замедляются биологические процессы. У растений зимовка сопровождается прекращением или резким замедлением физиологических процессов. Физиологический смысл – сохранение энергии в неблагоприятных условиях. Летняя спячка связана с сезонным дефицитом влаги (эстивация) - двоякодышащие рыбы.
Анабиоз - состояние организма, при котором физиологические процессы временно прекращаются или так замедлены, что отсутствуют видимые проявления жизни, наблюдается при резком ухудшении условий существования – низкая температура, засуха. При наступлении благоприятных условий – восстановление нормального уровня жизнедеятельности, наиболее устойчивы цисты. У пойкилотермных – земноводных (жаб, лягушек, тритонов) – длительное воздействии высоких температур для пробуждения. Диапауза - частный случай анабиоза, у насекомых наблюдается – личиночная (у боярышницы), куколочная, имагинальная (комар) диапауза.
Зимний сон - торможение в коре головного мозга и подкорковых областях, сопровождаемое снижением обмена веществ. Зимний сон позволяет животным пережить неблагоприятный период
года. Зимний сон отличается от спячки меньшей интенсивностью процесса торможения всех функций и способностью проснуться.
Эмиграция – это массовое переселение животных из обычных мест обитания.
Кочевка – краткосрочное и недалекое перемещение животных из одной местности в другую как приспособление к переживанию неблагоприятных условий жизни. Различают сезонные, периодичные и случайные формы кочевки. Причина: зима, засуха, зимовка, у травоядных копытных - наличие корма. При этом во время кочевок животные не всегда возвращаются в исходные места, наблюдаются разные маршруты.
Миграция - периодические или непериодические, горизонтальные и вертикальные закономерные перемещения животных на индивидуальный участок обитания особи (их группы) за сезон, год или ряд лет. Её особенности: строгая сезонность, наличие механизма контроля ее календарных сроков, множественная перестройка физиологических систем организма из-за предстоящего усиления энергозатрат, необходимости ориентации в пространстве, в миграцию вовлекаются особи в определенном физиологическом состоянии, массовость, связанная с синхронизацией сроков развития миграционного состояния у всех особей. Сезонная миграция известна для многих таксонов животных, наиболее хорошо изучена у птиц, а также нерестовые миграции рыб. Различают активные, пассивные, кормовые, расселительные и другие формы миграции животных.
47. Структура популяций: пространственная и демографическая.
Основные показатели структуры популяций – численность, распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей. Каждая особь имеет определенные размеры, пол, отличительные черты морфологии, особенности поведения, свои пределы выносливости и приспособляемости к изменениям среды. Распределение этих признаков в популяции также характеризует ее структуру. Структура популяции не стабильна. Рост и развитие организмов, рождение новых, гибель от различных причин, изменение окружающих условий, увеличение или уменьшение численности врагов – все это приводит к изменению различных соотношений внутри популяции.