Сезонные, лунные, приливно-отливные и многолетние ритмы

Сезонная периодичность особенно выражена в умеренных и северных широтах. Так, в средней полосе Европы благоприятный для развития живых организмов период продолжается 6—7 месяцев. За этот срок в живой природе проходит смена основных фенологических явлений. Периодичность в жизни растений и животных — результат приспособления их к годичному изменению метеорологических условий. Она проявляется в выработке определенного ежегодного ритма в их жизнедеятельности, согласованного с метеорологическим ритмом. Потребность в пониженных температурах в осенний период и в тепле в период вегетации означает, что для растений умеренных широт имеет значение не только общий уровень тепла, но и определенное распределение его во времени. Так, если растениям дать одинаковое количество тепла, но по-разному распределенного: одному теплое лето и холодную зиму, а другому соответствующую постоянную среднюю температуру, то нормальное развитие будет только в первом случае, хотя общая сумма тепла в обоих вариантах одинакова. Потребность растений умеренных широт в чередовании в течение года холодных и теплых периодов называется сезонным термопериодизмом.

У некоторых организмов выявлена периодичность, равная лунному месяцу. Ритмы, связанные с воздействиями Луны, наиболее хорошо изучены у морских организмов. Например, малощетинковые черви палоло в поверхностных водах океана появляются в первой четверти лунных месяцев — в октябре и ноябре. Лунные ритмы известны у некоторых рыб, у простейших. Предполагается, что они есть и у пресноводных, и у наземных животных. У многих обитателей моря ярко выражены приливные ритмы продолжительностью около 12,8 часа, лунные с периодом 28 суток и полулунные — 14—15 суток. Приливно-отливиые ритмы обязаны своим существованием совместному притяжению Луны и Солнца. Максимальной высоты приливы достигают примерно раз в 14 дней, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой с Землей и оказывают максимальное воздействие на воды океанов. Сильнее всего ритмика приливов сказывается на организмах, обитающих в прибрежных водах. Так, рыбка-грунина, обитающая у побережья Калифорнии, в самые высокие ночные приливы выбрасывается на берег. Самки, зарыв хвост в песок, откладывают икру, самцы оплодотворяют ее, затем рыбы возвращаются в море. С отступлением воды оплодотворенная икра проходит все стадии развития. Мальки появляются через полмесяца ко времени следующего высокого прилива.

Кроме суточных и сезонных ритмов, в природе наблюдается многолетняя периодичность биологических явлений. Она определяется изменениями погоды, закономерной сменой ее под влиянием солнечной активности и выражается чередованием урожайных и неурожайных лет, лет обилия или малочисленности популяций животных. Различают 5-, 6- и 11-летние, а также вековые (80—90-летние) циклы солнечной активности. Это позволяет в какой-то степени объяснить совпадения периодов массового размножения животных и роста растений с периодами солнечной активности.

До 1940 г. сардина — иваси была основным объектом промысла на Дальнем Востоке, но затем численность ее резко сократилась. В 70-х гг. иваси вновь в массе появилась в дальневосточных водах, и промысел ее восстановился. Это было связано с изменением экологической обстановки в океане. Дальневосточные сардины нерестятся преимущественно у берегов острова Кюсю. Здесь, по краям теплого течения Куросио, возникают завихрения (меандры). Именно в них и нерестятся иваси. Их икринки, а затем и мальки несколько недель носятся в круговороте, в своеобразных «каруселях» теплой воды. Подросшая молодь, становясь более активной, мигрирует на север. В 1938—1939 гг. круговые течения меандры по неизвестным причинам исчезли вплоть до 1970 г., и икринки после нереста иваси уносились в открытый океан, так что молодь не могла попасть в районы обычного обитания. Таким образом, история сокращения и взлета численности иваси составляет период в 30—33 года. Это пример многолетнего биологического ритма, вызванного изменением природных условий (экологической обстановки в океане), т. е. ритма динамики численности популяции, адекватного экзогенным причинам.

4. Фотопериодизм. Фотопериод, или продолжительность дня, является важнейшей характеристикой светового режима, неодинаков в течение года. Длина дня - важный сигнальный фактор, т. к. световой режим обусловливает изменение активности (периоды покоя и интенсивной жизнедеятельности) и определяет периоды размножения, миграции, линьки и другие биологические явления у животных и растений, т. е. регулируют ритмику их суточной и сезонной жизни. Ритмические изменения морфологических, биохимических и физических свойств и функций организмов под влиянием чередования и длительности освещения называются фотопериодизмом. Способность живых организмов реагировать на длину дня получила название фотопериодической реакции (ФПР).

По особенностям фотопериодической реакции растения делят на три группы: растения короткого дня (зацветание и плодоношение наступают при 8—12-часовом освещении), длинного дня (16—20 часов) и нейтральные. Способность воспринимать длину дня и реагировать на нее широко распространена и в животном мире. Среди насекомых только в условиях длинного дня развиваются капустная белянка, березовая пяденица. Многие совки, тутовый шелкопряд, саранчовые — типичные организмы короткого дня.

Благодаря фотопериодизму у растений и животных выработались свойства, обеспечивающие им существование в условиях определенного светового режима.

Продолжительность дня регулирует процессы жизнедеятельности, связанные прежде всего с размножением и эмбриональным развитием, приспособительными реакциями — диапаузой, линькой, спячкой (сном), миграциями.

Суточная периодичность светового режима обусловливает у животных и растений многочисленные приспособления к дневному и ночному образу жизни. При этом активность у каждого вида приходится на определенные часы. Даже цветки многих растений открываются в одно и то же время. Вечером раскрываются цветки ослинника, ночной фиалки, душистого табака. Другие, наоборот, закрываются на ночь, а днем вновь раскрываются. Почти все физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом в определенные часы. Эти реакции основаны не просто на количестве получаемого света, а на правильном чередовании периодов света и темноты в течение суток — на продолжительности дня и ночи.

5. Приспособления организмов и неблагоприятным сезонным факторам. Все растения и животные, особенно умеренного климата, осенью подготавливаются к зимним условиям.

Для растений свойственно состояние покоя, характеризующееся прекращением роста и замедлением физиолого-биохимических процессов. Если растение не впадает в состояние покоя, то зимой оно вымерзает. Это типично, например, для белой акации в районе Санкт-Петербурга, у которой из-за длинного дня осенью исключается состояние покоя.

Различают органический, глубокий и вынужденный покой растений.

Органический покой характерен для плодов, клубней, почек. Так, картофель осенью даже при высоких температурах не прорастает. Осенью и ранней зимой не распускаются почки срезанных с дерева и поставленных в воду ветвей. В течение органического покоя в растении происходят изменения в нуклеиновом и белковом обмене в эмбриональных клетках и тканях, что обеспечивает возобновление нормального роста весной.

Глубокий покой наступает одновременно с органическим или после него и обусловливает морозоустойчивость растений. Степень глубины покоя зависит от вида растения и характера осенней погоды.

Вынужденный покой проявляется в том, что растения длительное время не приступают к росту из-за неблагоприятных условий. Это часто бывает весной.

Для животных характерны сезонные биологические циклы, в основе которых лежат сложные физиологические механизмы. С их помощью осуществляется подготовка животного к наступающим сезонным изменениям погоды. Эта подготовка заключается в запасании корма в связи с уменьшением его количества (отмирание значительной массы вегетирующих частей растений), изменением качества (вместо зеленых растений на зиму в основном сохраняются семена, клубни, корневища) и доступности (многие растения остаются под снегом) и сопровождается нагулом, или накоплением, запасных питательных веществ. Во время зимовки у животных происходит перестройка метаболизма, в результате чего у одних видов повышается холодостойкость, у других — уровень теплообразования. У птиц и млекопитающих наблюдается линька, смена шерстного и перьевого покровов.

Спячка может наступить на любой стадии развития. Летняя наблюдается при слишком высоких температурах и снижении влажности воздуха, зимняя — при понижении температуры. Наиболее широко спячка распространена среди животных высоких и умеренных широт. В период спячки у животных значительно снижается уровень обмена веществ и потребление кислорода (в 10—20 раз). В результате млекопитающие и особенно пресмыкающиеся, земноводные и большинство беспозвоночных впадают в глубокое оцепенение. Однако у некоторых млекопитающих в состоянии так называемого зимнего сна снижение интенсивности обмена веществ невелико. Например, бурые медведи в этот период даже рождают детенышей.

Сезонные изменения метаболизма у животных проявляются в периодичности размножения.

Для членистоногих, особенно насекомых, характерна диапауза — состояние временной пониженной физиологической активности. Характеризуется она резким снижением обмена веществ и приостановлением формообразовательных процессов. Во время диапаузы повышается устойчивость организма к неблагоприятным условиям окружающей среды. У каждого вида она наступает на определенной стадии и часто вне видимой и непосредственной связи с факторами внешней среды. К примеру, у кольчатого шелкопряда диапауза наблюдается в фазе яйца и продолжается с середины лета до весны следующего года, у соснового шелкопряда диапаузитируют гусеницы, у капустной белянки — куколки, а крапивница, траурница, лимонница и другие бабочки, появляющиеся ранней весной, уходят в диапаузу осенью во взрослом состоянии.

Широко распространенным приспособлением к неблагоприятным условиям у многих высших животных являются миграции, т. е. перемещения на более-менее значительные расстояния, вызываемые сменой условий существования или связанные с циклами индивидуального развития. Миграции животных — это наиболее значительные и всеобъемлющие формы адаптации организмов, физиологически связанные с фотопериодизмом. Регулярные (периодические) миграции бывают суточными, связанными со сменой освещенности, температуры, влажности и других факторов в течение суток, и осуществляются многими животными на сравнительно небольшие расстояния. Сезонные миграции осуществляются на большие расстояния до мест размножения, питания, линьки, спячки, зимовки и т. д. Широко известны миграции (перелеты) птиц, летучих мышей. Характерной фазой жизненного цикла многих рыб также являются миграции (нерестовые, кормовые, зимовальные), которые обеспечивают благоприятные условия существования в разные сезоны года.

Особым приспособлением к неблагоприятным условиям служит анабиоз — состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедляются, что отсутствуют все видимые признаки жизни. Это состояние наиболее характерно для спор, сухих семян растений, высохших лишайников, для простейших одноклеточных животных, коловраток, круглых червей, некоторых членистоногих. В состоянии анабиоза организмы могут переносить крайне неблагоприятные условия, в частности глубокое промерзание при —180 ºС и ниже.

Рис. 91. Упрощенная схема влияния внешней среды (подковообразная фигура) управляющих механизмов клетки и гормональных факторов на ритм развития древесных растений (по В. Лархеру, 1978).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: