Головна ⇒ 📌Біологія ⇒ АДАПТИВНІ БІОЛОГІЧНІ РИТМИ ОРГАНІЗМІВ

АДАПТИВНІ БІОЛОГІЧНІ РИТМИ ОРГАНІЗМІВ

РОЗДІЛ 3. ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ. ЛЮДИНА І БІОСФЕРА

§ 29. АДАПТИВНІ БІОЛОГІЧНІ РИТМИ ОРГАНІЗМІВ

Що таке фотоперіодизм? З чим пов’язані зміни сезонів року?

Що таке адаптивні біологічні ритми? Одне з найзагальніших явищ, які спостерігаються у природі – це сезонна періодичність. Чіткіше вона виражена в помірних і північних широтах, де зумовлює певну ритмічність життя організмів. У мешканців тропіків сезонні зміни виявляються не так чітко, хоча вони можуть бути зумовлені чергуванням періодів дощів і посушливих періодів. Як вам відомо,

обертання Землі навколо Сонця і навколо своєї осі, а також Місяця навколо Землі, зумовлюють періодичні зміни світлового режиму, температури, вологості повітря, морські припливи і відпливи.

Періодичні зміни інтенсивності екологічних факторів впливають на формування у живих істот адаптивних біологічних ритмів: добових, припливно-відпливних, сезонних, річних тощо (мал. 123). З цими ритмами пов’язане явище “біологічного годинника” – здатності організмів реагувати на плин часу. Механізми цього явища ще остаточно не з’ясовано, але, безсумнівно, воно має важливе біологічне значення, оскільки дає змогу узгоджувати

фізіологічні процеси організмів зі змінами в довкіллі.

Що таке добові ритми? Унаслідок обертання Землі навколо своєї осі двічі на добу змінюється освітленість, що зумовлює коливання температури, вологості та інших абіотичних факторів, які впливають на активність організмів. Зокрема, сонячне світло визначає періодичність фотосинтезу, випаровування води рослинами, час відкривання й закривання квіток тощо. Ви вже знаєте, що зміна дня і ночі впливає на процеси життєдіяльності тварин (мал. 123): рухову активність, обмін речовин та ін. У людини виявлено понад 100 життєвих функцій, інтенсивність яких залежить від часу доби.

Мал. 123. Добові ритми активності рослин і тварин:

1 – бобова рослина; 2 – пацюк; 3 – хатня муха

Чим зумовлені припливно-відпливні ритми? Припливно-відпливні ритми зумовлені обертанням Місяця навколо Землі. Найчіткіше вони простежуються у мешканців припливно-відпливної зони. Протягом місячної доби (24 години 50 хвилин) відбувається по два припливи і відпливи, що спонукає організми пристосовуватися до таких періодичних змін умов існування. Під час відпливів мешканці припливно-відпливної зони закривають свої черепашки (молюски), будиночки (вусо – ногі раки, деякі багатощетинкові черви), закопуються в пісок. Деякі види тварин (наприклад, ваблячий краб) залежно від припливу чи відпливу змінюють своє забарвлення. З ритмом припливів і відпливів пов’язане і розмноження деяких мешканців цієї зони.

Так, самка риби атерини, яка мешкає біля узбережжя Каліфорнії, під мас високих припливів підпливає до берега і закопує ікру в пісок, а після нересту повертається в море. Личинки виходять з ікринок під час наступного високого припливу. Отже, нерест атерини залежить від певної фази Місяця. З цим фактором пов’язане і розмноження багатощетинкових червів, наприклад тихоокеанського палоло (мал. 124).

Що таке сезонні ритми? Сезонні ритми пов’язані з обертанням Землі навколо Сонця, що зумовлює річні цикли змін кліматичних умов. З певною порою року в організмів пов’язані періоди розмноження, розвитку, стан зимового спокою, у тварин, зокрема, линяння, міграції, сплячка, а у листопадних рослин – щорічна зміна листя. Сезонні ритми впливають не лише на процеси життєдіяльності організмів, а й на їхню будову. Наприклад, у дафній і попелиць протягом року в особин різних поколінь закономірно змінюються розміри тіла і особливості будови певних його частин (мал. 125).

У багатьох організмів спостерігають багаторічні цикли, пов’язані з неперіодичними змінами сонячної активності протягом кількох років. Але такі ритми виражені не так чітко, як сезонні. Прикладом багаторічних циклів є масові розмноження перелітної сарани і деяких інших тварин.

Мал. 124. Розмноження тихоокеанського палоло пов’язане з певними фазами Місяця

Мал. 125. Сезонні зміни форми голови у дафній:

1 – травень; 2 – червень; 3 – липень;

4 – вересень; 5 – січень

Яке біологічне значення фотоперіодизму? Одним із провідних факторів, які впливають на біологічні ритми організмів, є фотоперіод – тривалість світлового періоду доби. Реакції організмів на зміни фотоперіоду дістали назву фотоперіодизму (від грец. фотос – світло і періодос – чергування). Тривалість світлового періоду доби – це найстабільніший екологічний фактор, оскільки вона завжди постійна в даному місці в певний день року. Натомість, інші фактори (температура, вологість, тиск тощо) можуть змінюватись протягом доби.

Здатність організмів реагувати на зміни тривалості світлового періоду доби дає можливість заздалегідь пристосовуватись до сезонних змін умов довкілля. Явище фотоперіодизму властиве різним групам організмів, але найчіткіше виражене у видів, які мешкають в умовах різких сезонних змін (мал. 126).

Фотоперіодизм тісно пов’язаний з явищем “біологічного годинника”, утворюючи досконалий механізм регулювання життєвих функцій організму. У рослин на зміну тривалості світлового періоду доби насамперед реагують листки: в їхніх клітинах утворюються біологічно активні речовини (фітогормони), які впливають на різні процеси життєдіяльності рослин (цвітіння, листопад тощо). У тварин реакції фотоперіодизму регулюють нервова система та система залоз внутрішньої секреції. Наприклад, у період найдовших днів нервові клітини деяких комах виробляють нейрогормони, під впливом яких відкладені яйця можуть тривалий час перебувати в стані спокою. Личинки з цих яєць виходять лише навесні наступного року, коли є достатньо їжі та сприятливі кліматичні умови. Завдяки цьому регулюється зростання чисельності популяції, що запобігає виснаженню кормових ресурсів.

Фотоперіодизм, як правило, виявляється лише за певного поєднання з іншими екологічними факторами. Так, вихід комах із зимуючих лялечок залежить не лише від довжини світлового періоду доби, а й від температури довкілля.

Дослідження фотоперіодизму має важливе практичне значення. Змінюючи довжину світлового періоду в умовах штучного утримання свійських тварин і культурних рослин, можна регулювати процеси їхнього росту і розвитку, підвищувати продуктивність, стимулювати розмноження тощо.

Мал. 126. Сезонні зміни у листопадних рослин:

1 – літо; 2 – зима

Які є шляхи пристосування організмів до умов середовища? Незважаючи на те, що різні організми пристосовуються до одних і тих самих умов існування по-різному, в їхніх адаптаціях можна виділити певні закономірності.

Організми можуть пристосовуватись до змін умов довкілля активно, регулюючи власні процеси життєдіяльності залежно від змін довкілля. Це дає змогу підвищити стійкість до несприятливих умов існування. Наприклад, температура тіла птахів і ссавців залишається сталою навіть за значних її змін у довкіллі, а більшість членистоногих – мешканців пустель – зберігає відносно постійний вміст води в організмі в умовах сильної посухи.

За пасивного формування адаптацій до змін умов довкілля процеси життєдіяльності організмів підпорядковані цим змінам. Наприклад, під час зниження температури довкілля у холоднокровних тварин різко знижується рівень процесів обміну речовин і вони можуть впадати в стан заціпеніння. Це спостерігають і в деяких теплокровних тварин (наприклад, зимова сплячка бурих ведмедів чи їжаків). Листопадні рослини взимку припиняють фотосинтез, ріст, розвиток (мал. 126).

Ще одним типом пристосувань організмів до змін умов довкілля – уникнення цих змін (міграції та кочівлі риб, птахів, ссавців тощо). При цьому найвразливіші фази розвитку припадають на сприятливі періоди, а на несприятливі – фази спокою (наприклад, фаза лялечки в комах).