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.

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.

Поведенческие - миграции птиц, кочевка копытных в поисках корма, зарывание в песок, почву, снег и др.

Физиологические - резкое снижение активности процессов жизнедеятельности – анабиоз (покоящиеся стадии у беспозвоночных, прекращение активности рептилий при низких температурах, зимняя спячка млекопитающих).

Морфологические - шерстяной покров и подкожный жир у животных в условиях холодного климата, экономное использование воды у пустынных животных и т.д.

Примеры адаптаций.

Температура является одним из главных факторов, непосредственно влияющих на все организмы.

Эктотермные животные (пойкилотермные, холоднокровные).

Все кроме птиц и млекопитающих. Пассивный тип адаптации к температуре.

Низкий уровень обмена веществ. Главный источник поступления тепловой энергии – внешний. Активность зависит от температуры окружающей среды.

Эндотермные животные (гомойотермные, теплокровные).

Птицы и млекопитающие. Активный тип адаптации к температуре. Обеспечиваются теплом за счет собственной теплопродукции и способны активно регулировать производство тепла и его расходование (наличие химической терморегуляции за счет выделения тепла, например, при дыхании, и физической терморегуляции за счет теплоизоляционных структур (жировой прослойки, перьев, волос))

«Правило Аллена».

Чем холоднее климат, тем короче выступающие части тела (например, уши).

Пример: Песец в полярных широтах, Рыжая лисица в умеренных широтах, Африканская лисица фенек.

«Правило Бергмана».

Животные одного вида в разных климатических условиях имеют разный вес: они более крупные в холодных условиях и более мелкие - в теплых.

Пример: Императорский пингвин – самый крупный – живет в Антарктиде,

Галапагосский пингвин – самый маленький – живет на экваторе.

«Правило Глогера».

Географические расы животных в теплых и влажных регионах пигментированы сильнее (т.е. особи темнее), чем в холодных и сухих.

Пример: Белый медведь, Бурый медведь.

Адаптации растений к переживанию неблагоприятных условий.

Морфологические - сбрасывание листьев, перезимовывание многолетних органов (луковиц, корневищ, клубней) в почве, сохранение в виде семян или спор.

Физиологические - содержание солей в организме галофитов, особенности метаболизма, «физиологическая» сухость болотных растений.

Поведенческие - «Бегство» от неблагоприятных условий во времени: короткий период вегетации (эфемеры и эфемероиды).

Билет № 10

Жизненные формы и примеры.

Жизненная форма - внешний (физиономический) облик организма, комплекс морфологических, анатомических, физиологических и поведенческих признаков, в котором отражается его общая приспособленность к условиям внешней среды.

Система жизненных форм растений.

Фанерофиты – деревья.

Хамефиты – кустарники.

Гемикриптофиты – кустарники.

Геофиты – многолетние травы.

Терофиты – однолетние травы.

Гидрофиты – водные растения.

Одиночный образ жизни.

Особи популяций независимы и обособлены друг от друга.

Характерны на определенных стадиях жизненного цикла.

Пример: божья коровка, жук-чернотелка.

Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается.

Семейный образ жизни.

Устанавливаются связи между родителями и их потомством.

Забота о потомстве;

Владение участком.

Пример: Медведь, Тигры.

Стаи.

Временные объединения животных, которые проявляют биологически полезную организованность действий.

Стаи облегчают выполнение каких-либо функций в жизни вида, защита от врагов, добыча пищи, миграция.

Наиболее широко стайность распространена, среди птиц и рыб, у млекопитающих характерны для многих собачьих.

Стада.

Более длительные и постоянные объединения животных по сравнению со стаями.

Основу группового поведения в стадах составляют взаимоотношения доминирования – подчинения.

Колонии.

Групповые поселения оседлых животных.

Они могут существовать длительно или возникать лишь на период размножения.

Пример: Колониальные поселения птиц, Общественные насекомые.

В отличие от растений, животные — гетеротрофы. Так называют организмы, неспособные создавать органические вещества из неорга-нических. Необходимые для своего организма органические вещества они создают из органических, поступающих с пищей. В отличие от животных, растения образуют органические вещества из неорганичес-ких, используя для этого энергию света. Но в жизни животных свет так же играет важную роль. Многие животные имеют органы зрения, позволяющие ориентироваться в пространстве, отличать особей своего вида от других, искать пищу, совершать миграции и т.д. Одни виды животных активны днем (соколообразные , ласточки , зебры ), другие — ночью (тараканы , совы , ежи ).

Большинство видов животных обитает в условиях, изменяющихся на протяжении года. Весной постепенно увеличивается продолжи-тельность светового дня, а с приближением осени она начинает умень-шаться. Реагируя на изменения продолжительности светового дня, животные заблаговременно могут готовиться к наступлению измене-ний в природе. Реакция организмов на изменения продолжительности светового дня называется фотопериодизмом.

Еще один важный фактор неживой природы, влияющий на жизнеде-ятельность организмов, — это температура . У холоднокровных живот-ных (беспозвоночных , рыб , земноводных , пресмыкающихся ) темпера-тура тела зависит от температуры окружающей среды. В условиях низких температур они впадают в состояние оцепенения.

Теплокровные животные (птицы , млекопитающие ) способны поддер-живать температуру тела, независимо от ее изменений в окружающей среде, на более или менее постоянном уровне. Для этого им необходимо тратить много энергии. Поэтому зимой перед ними остро стоит проблема поиска пищи.

Животных, обитающих в условиях пониженных температур, называют холодолюбивыми (пингвины , белый медведь , глубоководные рыбы и др.). Эти животные имеют хорошо развитый волосяной или перьевой покров, слой подкожного жира и т.д.

Виды, обитающие в условиях повышенных температур, называют теплолюбивыми (мадрепоровые кораллы , антилопы , бегемоты , по-пугаи и др.) (рис. 276, 4-6). Многие виды способны жить в условиях периодической смены температур. Их называют холодостойкими (волки , лисицы , серая ворона и др.).

Еще один экологический фактор, играющий важную роль в жизни животных, — это влажность. В теле многих животных содержится 50-60 % воды, а в теле медуз до 98 %. Вода обеспечивает транспорт веществ по организму, принимает участие в их химических превраще-ниях, регуляции температуры тела, выведении конечных продуктов обмена веществ и т.д. Среди животных выделяют влаголюбивых , засу-хоустойчивых и сухолюбивых . К влаголюбивым относят те виды жи-вотных, которые могут обитать только в условиях повышенной влаж-ности (например, мокрицы , дождевые черви , земноводные ). В отличие от них, сухолюбивые виды (жук-скарабей священный , пустынные ви-ды змей и ящериц и др.) способны эффективно удерживать воду в сво-ем теле. Это дает им возможность жить в условиях засушливых степей и пустынь. Многие виды животных относят к засухоустойчивым: они способны переживать определенные периоды засухи (многие виды жуков , пресмыкающихся , млекопитающих и др.).

Для животных, обитающих в водной среде, важен солевой состав воды . Одни виды простейших, ракообразных, рыб могут обитать только в пресных водоемах, другие — только в морях. Материал с сайта

Переживание животными длительных периодов неблагоприятных условий. Животные по-разному переживают периоды неблагоприят-ных условий. Например, зимой некоторые виды животных впадают в спячку (бурый медведь, еж, барсук и др.). Это позволяет им умень-шить траты энергии в условиях нехватки пищи. У обитателей пустыни спячка может наступать летом, в засушливый период. Одноклеточные животные неблагоприятные условия переносят на стадии цист. Многие беспозвоночные переживают неблагоприятные условия на стадии яйца (среди ракообразных — щитни, многие насекомые).

Среди факторов неживой природы наибольшее влияние на животных осуществляют:

• свет;
• температура;
• влажность;
• солевой состав воды.

На этой странице материал по темам:

• Факторы среды обитания неживой природы

• Какой фактор неживой природы влияет на сосну

• Неблагоприятные условия природы

• Влияние разыных факторов для вмв биологической природы

• Как животные влияют на неживую природу

Вопросы по этому материалу:

Основные пути приспособления организмов к среде

Многие организмы в течение жизни периодически испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить и сильную жару, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи. Как приспосабливаются они к таким экстремальным ситуациям, когда нормальная жизнь сильно затруднена?

Длительность жизни покоящихся семян растений зависит от условий хранения. Повышение влажности и температуры увеличивает траты резервов семени на дыхание, и они в конце концов истощаются. Желуди дуба хранятся не более трех лет. Сухие семена могут долго лежать, не теряя всхожести: семена мака - до 10 лет, зерновки ржи, ячменя и пшеницы - до 32, плоды одуванчика - до 68, лотоса - до 250 лет. Известен случай, когда проросли семена лотоса, найденные в торфе болота, высохшего 2000 лет тому назад. Плоды этого растения покрыты толстой газо- и водонепроницаемой оболочкой.

В Центральной Антарктиде русские исследователи провели микробиологический анализ образцов льда из глубины ледника. Возраст слоев льда, в которых обнаружены жизнеспособные микроорганизмы, достигает 10-13 тыс. лет. Найдены в основном бактерии, а также споры грибов и дрожжей. Позднее жизнеспособные бактерии были обнаружены в образцах горных пород под антарктическим ледником. Их возраст составлял от 10 тыс. до 10 млн. лет.

При ухудшении условий среды многие виды способны приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жизни. Это явление было обнаружено в начале XVIII столетия , который впервые наблюдал в сделанный им микроскоп мир мелких организмов. Он заметил и описал, что некоторые из них могут полностью высыхать на воздухе, а затем “оживать” в воде. В высушенном состоянии они кажутся полностью безжизненными. Позднее такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом (“ана” - нет, “биос” - жизнь).

Глубокий анабиоз - это практически полная остановка обмена веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно расширяет возможности выживания организмов в самых суровых условиях. В опытах высушенные семена и споры растений, некоторые мелкие животные - коловратки, нематоды выдерживают длительное время температуры жидкого воздуха (-190 °С) или жидкого водорода (-259,14 °С).

Коловратка - активно плавающая и в состоянии анабиоза

Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании организмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопровождалась нарушением внутриклеточных структур.

Большинство видов к этому не способно. Например, в клетках высших растений имеется обычно большая центральная вакуоль с запасом влаги. При высыхании она исчезает, клетка меняет форму, сжимается, и ее внутреннее строение нарушается. Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается редко. Однако замедление обмена веществ и понижение жизнедеятельности в неблагоприятных условиях - явление широко распространенное. Клетки тела при этом частично обезвоживаются, происходит также и другая перестройка их состава. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют криптобиозом или скрытой жизнью (“криптос” - скрытый). В состоянии пониженного обмена веществ организмы резко повышают свою устойчивость и очень экономно тратят энергию.

К явлениям скрытой жизни относятся оцепенение насекомых, зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве, а мелких обитателей - в пересыхающих водоемах. В неактивном состоянии часто находятся в природе многие виды бактерий, пока не возникнут благоприятные условия для их размножения.

Летучая мышь ушан и суслик в состоянии зимней спячки

У суслика в состоянии активности частота сокращений сердца около 300 ударов в минуту, а во время спячки - всего 3. Температура тела понижается до +5 °С. Несмотря на низкую интенсивность обмена веществ, животные во время спячки сильно теряют в весе и могут погибнуть от истощения, если не накопят к зиме достаточно жира.

Скрытая жизнь - очень важное экологическое приспособление. Это возможность переживать неблагоприятные изменения среды обитания. При восстановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни.

Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды , экономя при этом затраты на свое существование.

Другой, прямо противоположный путь выживания организмов связан с поддержанием постоянства внутренней среды , несмотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в условиях изменчивой температуры, теплокровные животные - птицы и млекопитающие - поддерживают внутри себя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела.

В вакуолях клеток наземных растений содержатся запасы влаги, что позволяет им жить на суше. Многие растения способны переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях.

Клетка черешка листа сахарной свеклы: 1 - хлоропласты; 2 - ядро; 3 - вакуоли; 4 - цитоплазма; 5 - митохондрии; 6 - клеточная оболочка

Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

В сухих среднеазиатских пустынях обитает несколько видов мокриц . Это мелкие наземные ракообразные, нуждающиеся, как и их ближайшие водные родственники, в высокой влажности окружающей среды. Живя в пустынях, они способны избегать жару и сухость. Мокрицы роют в глинистой почве вертикальные норки, в глубине которых температура резко снижена, а воздух насыщен водяными парами. Кормятся они на поверхности почвы растительными остатками, выходя из норок только в то время суток, когда увлажняется приземный слой воздуха. Самка в жаркие часы затыкает отверстие своими передними сегментами, несущими непроницаемые покровы, чтобы сохранить влажность и уберечь от высыхания свое потомство.

Каждый из двух описанных путей выживания имеет свои преимущества и недостатки. При возможности тормозить обмен веществ и переходить к скрытой жизни организмы экономят энергию и повышают устойчивость, но не способны к активности при ухудшении условий. При регуляции температуры и запасов влаги в теле представители различных видов могут поддерживать нормальную жизнедеятельность в очень широком диапазоне внешних условий, но тратят при этом много энергии, которую им необходимо постоянно восполнять. Кроме того, такие организмы очень неустойчивы к отклонениям режима их внутренней среды. Например, у человека повышение температуры тела всего на 1 °С свидетельствует о нездоровье.

Кроме подчинения и сопротивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания - избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообитаний.

Кочёвки северных оленей: 1 - северная граница лесотундры; 2 - северная граница тайги; 3 - места зимовок

Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве.

Теплокровные животные могут жить в очень холодных районах, выдерживая морозы до -50 °С. В таких случаях разница температур самого животного и окружающей среды может составить 80-90 °С. У пингвинов постоянная температура тела равна +37-38 °С, у северных оленей +38-39 °С. Для поддержания теплового баланса животные тратят жировые энергетические запасы. Очень важна также роль теплоизолирующих покровов (пуха, пера, меха). К зиме эти покровы становятся гуще и пушистее, обеспечивая вокруг тела воздушную прослойку, сохраняющую тепло.

Например, зимующие тетерева и рябчики на большую часть суток зарываются в снег, где гораздо теплее. Многие животные устраивают жилища - норы и гнезда, защищающие их от внешних воздействий. Это тоже путь избегания неблагоприятных факторов.

Гнезда и норы животных. Вверху: слева - гнездо обыкновенной белки; справа - гнездо мыши-малютки. Внизу летняя (слева) и зимняя (справа) норы полуденных песчанок

Ярким примером избегания зимней бескормицы и холодов являются дальние перелеты птиц.

Карта миграции деревенской ласточки

Все три пути выживания могут сочетаться у представителей одного и того же вида. Например, растения не могут поддерживать постоянную температуру тела, но многие из них способны регулировать водный обмен. Холоднокровные животные подчиняются неблагоприятным факторам, но могут и избегать их воздействия. В целом же мы видим, что при огромном разнообразии живой природы в ней можно выделить лишь несколько основных путей приспособительного развития видов.

Увеличение устойчивости организмов в состоянии скрытой жизни находит широкое применение в хозяйственной практике. В специальных хранилищах создаются особые режимы для длительного хранения семян растений, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохозяйственных животных. В медицинской практике разработаны особые условия для сохранения донорской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих видов животных и растений, с тем чтобы в дальнейшем иметь возможность восстановить их в природе.