Сезонні пристосування організмів до навколишнього середовища

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Сезонні пристосування організмів до навколишнього середовища розглянемо на прикладі зимівлі різних тварин і птахів.
Зимівля
Різке погіршення умов існування взимку зводиться в основному до більшої або меншої утрудненості дістати необхідну і підвищений порівняно з літом кількість їжі. Зимовий сезон вносить великі зміни в умови харчування птахів високих і помірних широт. Перш за все з настанням зими різко скорочуються загальні запаси і набір кормів. В цей суворий час цілком випадають з раціону харчування зелені частини рослин, а також насіння, ягоди і плоди багаторічних і однорічних трав і низьких чагарників, що заносяться снігом. Зникає більшість комах і безхребетних тварин. Повністю стають недоступними для живлення птахів земноводні, плазуни і риби. У зимовий період важко добувати мишоподібних гризунів та інших дрібних тваринок, так як вони ховаються під глибоким сніговим покривом або впадають у сплячку. Доступними зимовими кормами в зазначених широтах залишаються головним чином ягоди, насіння, хвоя і кінцеві гілки дерев та чагарників, а також деякі комахи, що переховуються в стволах і гілках деревних рослин, їх яйця, личинки і лялечки, дрібні види ссавців, і, нарешті, різного роду відходи і покидьки в поселеннях людини, на звалищах і на дорогах.
Пристосування до змін кормових умов, що знижують інтенсивність сезонних переміщень і дозволяють птахам зимувати в північних і помірних широтах, зводяться в основному до зміни кормів за сезонами року, зміни місць і способів пошуку їжі, запасання кормів.
У зв'язку з цим у багатьох птахів у процесі еволюції виробилася сезонна зміна кормів, тобто перехід на харчування тими кормами, які найбільш рясні або доступні в той або інший сезон року. Наведемо деякі приклади.
Великий строкатий дятел влітку харчується в основному комахами, але в другу половину літа - також і рослинними кормами: ягодами малини, костяниці, черемхи, значно пізніше ягодами брусниці і насінням сосни або їли. Восени або взимку, як правило, воно майже повністю переходить на рослинні корми - насіння хвойних дерев, горіхи (ліщину) і жолуді. Ранньою весною він п'є деревний сік, що має велике значення в цей найбільш голодний період року. Сезонні переміщення дятла зводяться до невеликих кочівля у високих широтах, де він проводить і зиму.
Повзик у весняно-літній період годується виключно комахами і павуками. Восени і взимку в кормовий раціон його входить рослинна їжа - лісові горіхи, жолуді, насіння клена, липи, хвойних дерев, вільхи та інших деревних порід. Саме часткова рослиноїдна допомагає цьому комахоїдними виду птахів переживати зиму у високих і помірних широтах, де вони здійснюють лише невеликі кочівлі.
Чорноголова гаїчка протягом більшої частини року харчується різними комахами, але в зимовий час користується і рослинною їжею - насінням ялини, ялиці, берези, сосни та іншими, збираючи їх на снігу або викльовуючи з шишок. При врожаї це насіння служать основою харчування для синиць-гаічек протягом значної частини зими, складаючи майже 73% всієї їжі за об'ємом.
Зяблик у весняно-літній період годується в основному комахами, ранньою весною, в другу половину літа та восени - насінням трав'янистих та деревних рослин, які збирає на землі, що не дозволяє йому зимувати в зоні суцільного сніжного покриву. Зимівлі його знаходяться в тих районах помірних широт, де постійного сніжного покриву немає.
Більшість видів, здатних змінювати склад кормів, веде осілий і напівосілий спосіб життя або вживає недалекі кочівлі і перельоти в межах тих же високих і помірних широт.
Використання сховищ для ночівель та захисту від негоди. У зимовий час найбільш низькі температури бувають вночі. На нічну частину доби у більшості птахів припадає період спокою, під час якого харчування повністю припиняється. Отже, інтенсивна тепловіддача тіла у птахів збігається з періодом їх найменшої активності і зниження рівня окислювальних процесів. Це значною мірою ускладнює нормальний теплообмін з середовищем і робить птицю найбільш вразливою нічними холодами. У зв'язку з цим багато птахів, що зимують в холодних кліматичних зонах, використовують для ночівлі різного роду притулку, які послаблюють вплив низьких температур і знижують інтенсивність тепловіддачі. У таких сховищах птахи нерідко відсиджуються та вдень у сильні морози і негоду (хуртовини, бурани і т.д.).
Деякі види птахів, що ведуть переважно наземний спосіб життя, на ніч, в сильні холоди і негоду зариваються в сніг (наприклад, тетерев, глухар, рябчик, біла куріпка та ін.) Температура під снігом не тільки значно вище, ніж у повітрі, але і більш постійна.
У зими, з малою глибиною сніжного покриву птахи не мають можливості зариватися в сніг і потрапляють у виключно скрутне становище. У такі зими нерідко спостерігається масове вимерзання тетеруків, рябчиків та інших птахів, що користуються сніговими притулками.
Сплячка
Сплячка, стан заціпеніння, або «глибокого сну», що характеризується істотним зниженням температури тіла, енерговитрат і інтенсивності всіх фізіологічних процесів.
Тварин, здатних підтримувати температуру тіла за рахунок внутрішньої теплопродукції, називають ендотермнимі - на відміну від ектотермних, температура тіла яких залежить від температури навколишнього середовища. До ендотерми відносяться в першу чергу всі теплокровні, тобто ссавці та птиці (теплокровних і холоднокровних тварин нерідко називають відповідно гомойотермних і пойкілотермних). Впадають в сплячку теплокровних можна визначити як гетеротермние ендотерми; гетеротермія означає періодичну зміну температури, в даному випадку - її падіння нижче рівня, відповідного активного способу життя.
Сплячка може бути сезонною. Найбільш відома зимова сплячка, або гібернація, що триває з осені по весну. Проте стан організму протягом всього цього часу не залишається незмінним. Епізоди заціпеніння з різким уповільненням фізіологічних процесів і максимальним падінням температури тіла чергуються з «відігрівання», коли внутрішня теплопродукція посилюється, і короткими «перепочинками» з високою температурою тіла і нормальним енергетичним обміном (нормотермние періоди).
У видів, що впадають у зимову сплячку, температура тіла звичайно падає нижче 10 ° С. Мінімальна температура 3 ° С зафіксована у довгохвостих ховрахів, хоча у більшості особин цього виду вона не опускається нижче 5 ° С. Інтенсивність метаболізму (оцінювана за споживанням O2 і виділенню CO2 в одиницю часу) в стані заціпеніння знижується приблизно до 5% від рівня основного обміну і може не досягати навіть 1% рівня, властивого активно веде себе особини. Впадають у зимову сплячку ссавці, як правило, невеликі: їх маса не перевищує 10 кг, а в більшості випадків становить від 10 г до 1 кг.
Естівація - літня сплячка, пов'язана із сезонним дефіцитом води. У деяких ховрахів сплячка починається в самий жаркий час року і триває всю зиму, так що кордон між літньою і зимової сплячки у них провести важко. Залишається неясним, чи існують між двома цими станами фізіологічні відмінності, якщо не рахувати різницю в температурі тіла, яка жарким літом, очевидно, буде вище, ніж взимку.

Добова сплячка.
Цей тип заціпеніння широко розповсюджений не тільки у ссавців, але і у птахів, і може відбуватися в будь-який час року. Уповільнення фізіологічних процесів при добовій сплячці не настільки значно, як при сезонній. Температура тіла зазвичай опускається приблизно до 18 ° С, хоча у деяких видів падає і нижче 10 ° С, а інтенсивність метаболізму становить близько третини рівня основного обміну. Заціпеніння такого роду триває завжди менше доби. Види, що впадають у зимову сплячку, можуть переживати такі ж короткі епізоди заціпеніння на початку і в кінці періоду сплячки, однак, судячи з усього, фізіологічний механізм тут інший, ніж при добовій сплячці, так як інтенсивність метаболізму, як правило, знижується набагато сильніше. У середньому тварини з добовою сплячкою дрібніше тих, у кого вона сезонна: маса більшості з них складає від 5 до 50 р.
Ссавці і птахи. Раніше вважалося, що сезонна сплячка і заціпеніння властиві лише невеликій кількості ссавців і птахів, що мешкають в умовах холодного клімату. Однак постійно виявляються всі нові гетеротермние види, причому зустрічаються вони від Арктики до тропіків.
Серед птахів у зимову сплячку, подібну до спостерігається у ссавців, впадає американський белогорлий дрімлюга (Phalaenoptilus nuttallii). У періоди заціпеніння температура його тіла становить бл. 5 ° С, але кожні декілька діб на короткий час підвищується. Добова сплячка у птахів досить звичайна і у денних видів відбувається вночі; до таких видів відносяться, наприклад, голуби, дрімлюги, колібрі, стрижі, ластівки, нектарники і Манакін. У багатьох птахів ночами спостерігається т.зв. «Нічна гіпотермія», тобто невелике (більш слабке, ніж під час добової сплячки) уповільнення фізіологічних процесів і зниження температури тіла. Остання в цьому випадку падає приблизно на 5 ° С, а інтенсивність метаболізму буває трохи нижче рівня основного обміну або навіть йому відповідає, що, однак, складає близько половини інтенсивності метаболізму відпочиваючої вдень птиці. Нічна гіпотермія відзначена у синиць, в'юрків, горобців, білоочок, медососи і багатьох інших дрібних пернатих.
Серед ссавців сезонна сплячка відома у багатьох видів з усіх трьох підкласів. Вона спостерігається у яйцекладущей (однопрохідної) єхидни в Австралії і принаймні у двох родинах сумчастих - у австралійських поссумов-пігмеїв (Burramyidae) і чилійського опосума (Dromiciops australis, сімейство Microbiotheriidae) в Південній Америці. У підкласі плацентарних сезонна сплячка відома у представників загонів комахоїдних (їжаки), рукокрилих (комахоїдні кажани) і гризунів (соні, бабаки, бурундуки, ховрахи). Мабуть, літня сплячка властива деяким Мадагаскарським приматів. Те, що прийнято вважати зимівлею у великих хижих (ведмедів, борсуків), насправді являє собою принципово інше фізіологічний стан і називається зимовим сном або зимової анорексією (втратою апетиту). Температура тіла в цьому випадку знижується всього на кілька градусів.
Добова сплячка широко поширена і серед невеликих звірків. Вона відома в декількох родинах сумчастих в Австралії (у хижих сумчастих, дрібних поссумов) і Південній Америці (у мишоподібних опосумів). З плацентарних в неї впадають комахоїдні (землерийки), кажани, крилани, примати (мишачі лемури), хижі (скунс, американський борсук), гризуни (белоногих хом'яки, піщанки) і пригунчіковие.
Плазуни і інші тварини. Стан сезонного заціпеніння властиво не тільки ендотермним ссавцям і птахам, але і широко поширене серед ектотермних хребетних (риб, земноводних, плазунів) і безхребетних (наприклад, комах та равликів). Однак у ектотермов цей стан відрізняється тим, що тварина не здатна активно відігріватися за рахунок внутрішньої теплопродукції і цілком залежить від зовнішніх джерел тепла.
У багатьох плазунів і риб у стані сезонного заціпеніння (у холоднокровних тварин сплячкою його називати не прийнято) не тільки різко знижується інтенсивність обміну речовин; коли виникають гіпоксичні умови, тобто в організмі зменшується вміст кисню, вони переключаються на анаеробний метаболізм. У земноводних в стані заціпеніння, мабуть, продовжується газообмін, відповідний вкрай слабкому аеробному обміну речовин. Більшість ектотермних хребетних зимує в місцях, де вони захищені від промерзання. Однак деякі сухопутні види (жаби, черепахи) здатні переживати і повне заморожування, тоді як риби можуть бути оточені льодом, але самі, мабуть, при цьому не промерзають. У видів, стійких до замерзання, у життєво важливих органах знижується вміст води і зростає концентрація глюкози та інших речовин, званих кріопротекторів. Ці сполуки перешкоджають кристалізації льоду, яка збільшувала б об'єм клітин, і тим самим захищають від руйнування їх мембранні структури. Багато безхребетні, зокрема комахи і мешканці морської літоралі, також можуть переживати замерзання.
Безхребетним властиві різні форми заціпеніння зі значним зниженням інтенсивності обміну речовин. Деякі черевоногі молюски здатні при незмінній температурі знизити його на 90% в порівнянні з активним станом. За відсутності кисню швидкість метаболічних процесів у рачка артемії становить всього 0,002% від рівня, відповідного активного стану. Зимове заціпеніння у комах індукується низькою температурою навколишнього середовища, а літнє є реакцією на дефіцит води і спеку. З іншого боку, виникає на певній стадії їх життєвого циклу діапауза, тобто період фізіологічного спокою і тимчасової зупинки розвитку, зазвичай не пов'язана зі специфічними середовищні фактори, а запрограмована чисто генетично.
Переваги та недоліки. Основна перевага сплячки і інших розглянутих станів спокою полягає в тому, що вони дозволяють істотно знизити енерговитрати. Навіть якщо враховувати періодичні пробудження, ссавець під час зимової сплячки витрачає менше 15% тієї кількості енергії, яка була б йому для підтримки взимку нормальної температури тіла. Масштаби такої економії, ймовірно, найкраще ілюструє той факт, що багато що впали в сплячку звірі протягом 5-7 місяців існують виключно за рахунок жирових запасів, накопичених перед настанням несприятливого сезону.
До потенційних недоліків довгострокового заціпеніння належить можливість загибелі від виснаження або висушення організму. Небезпека представляє також промерзання при екстремальному похолоданні або нестачі енергетичних резервів, необхідних для терморегуляції. У період глибокої сплячки тварини нерухомі, а значить, беззахисні перед хижаками. До негативних наслідків сезонної сплячки відносяться також ослаблення імунітету і атрофія скелетної мускулатури.
Регулюючі чинники. Наступ зимової сплячки у багатьох видів визначається сезонною зміною фотоперіоду, тобто співвідношення світлого і темного часу доби. Скорочення довготи дня індукує зменшення розмірів органів розмноження у тварин і початок їх підготовки до глибокого сну. Однак не всім видам властивий фотоперіодизм. Наприклад, у багатьох ховрахів спостерігається чіткий цірканнуальние (окологодічний) біоритм, що визначає сезон сплячки в загальному незалежно від фотоперіоду. Для ряду видів, що живуть в місцепроживання з непередбачуваними коливаннями середовищних факторів, характерна нерегулярна сплячка. Вони здатні впадати в тривалу заціпеніння в будь-який час року, коли умови стають несприятливими для активної життєдіяльності.
Підготовка.
У період підготовки до сплячки важливою особливістю тварин стає накопичення жиру і / або запасання корму. Однією з форм підготовки служить також посилене споживання жирних кислот, які підвищують стійкість організму до тривалого заціпеніння. Вкрай важливим є вибір відповідного для сплячки притулку. Їм часто служать нори, печери або гірські виробки, в яких тварина захищено не тільки від хижаків, а й від екстремальних температур. У більшості зимових сховищ температура завжди хоча б на кілька градусів вище нуля, навіть якщо зовні стоять сильні морози.
У багатьох видів впадіння в сезонну сплячку передують короткі епізоди заціпеніння зі збереженням щодо високої температури тіла. Проте така «розминка» спостерігається далеко не завжди. Тим не менш температура тіла та інтенсивність метаболізму, мабуть, досягають мінімуму тільки в середині сезону сплячки, коли періоди глибокого заціпеніння особливо тривалі.
Фізіологічні зміни. Під час заціпеніння відбувається не тільки зниження температури тіла та інтенсивності метаболізму. Значно скорочується частота серцевих скорочень - до 5-10 ударів в хвилину. Хоча хвилинний серцевий викид може зменшитися на 98%, кров'яний тиск падає лише на 20-40%, оскільки зі зниженням температури збільшується в'язкість крові. Більш того, кровопостачання серця і т.з. «бурого жиру», що служить джерелом енергії, навіть поліпшується. Дихання у багатьох видів у стані сплячки не рівномірний, а складається з чергуються періодів поліпное (прискореного поверхневого дихання) і апное (відсутності дихання), яке може тривати більше години; в результаті різко знижується надходження кисню в організм.
Хоча під час заціпеніння температура тіла теплокровних тварин може коливатися в залежності від оточуючих умов, як у ектотермних видів, терморегуляція у них не припиняється. Існує певний температурний поріг, нижче якого організм остигати не повинен.
Періодичні пробудження. Велика частина енергії під час зимової сплячки витрачається на періодичні пробудження. Причини його переривання зрозумілі не до кінця, і з цього приводу існує кілька гіпотез. Згідно з однією з них, під час заціпеніння якимось чином порушується фізіологічний баланс, і нормотермние періоди необхідні для його коригування. Ймовірно, це пов'язано з виснаженням запасів деяких поживних речовин (наприклад, глюкози), які повинні ресінтезіроваться, з накопиченням шкідливих сполук, що вимагають екскреції, або із зневодненням організму, тобто необхідністю збільшити вміст в ньому води. Згідно з іншими гіпотезами, епізоди заціпеніння контролюються біологічним годинником, і тварини прокидаються відповідно до подовженим ціркадіанних (цілодобовий) ритмом для періодичної перевірки навколишніх умов, або ж вони змушені прокидатися, щоб зберегти здатність до продовження сплячки, оскільки при низькій температурі тіла розвивається свого роду « сонна заборгованість »організму, що ліквідовуються в нормотермном стані.
Причини періодичного виходу із заціпеніння невідомі, але встановлено, що знаходяться в ньому тварини стають чутливіші до зовнішніх подразників при підвищенні температури і до кінця періоду глибокого заціпеніння. Тепло для відігрівання може генеруватися за рахунок м'язової тремтіння або посиленого окиснення бурого жиру. Швидкість підвищення температури залежить від маси тіла тварини: у дрібних видів (масою менше 10 г) її максимум становить більше 1 ° С / хв, тоді як у великих (важче 5 кг) не перевищує 0,1 ° С / хв. У той же час максимальна швидкість відігрівання не зберігається протягом усього процесу пробудження, який триває у дрібних тварин зазвичай менше 1 год, а у великих - кілька годин.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Екологія та охорона природи | Реферат
36.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Вивчення пристосованості організмів до середовища проживання
Адаптація як процес і результат пристосування індивіда до середовища
Пластичність організму як основа пристосування його до умов середовища
Пристосування організму до чинників середовища і його стійкість до друг
Пристосування організму до чинників середовища і його стійкість до інших факторів
Забруднення навколишнього середовища 5
Охорона навколишнього середовища
Охорона навколишнього середовища
Хімія навколишнього середовища
© Усі права захищені
написати до нас