В чем выражается приспособленность животных к сезонным явлениям в природе кратко

Обновлено: 02.07.2024

Приспособленность животных к сезонным явлениям в природе проявляется по-разному. Например, птицы покидают свои места обитания и улетают с приходом холодов в теплые края в поисках пищи. После зимовки они вновь возвращаются в родные места. Таким образом, птицы приспособились выживать при смене температур.

В теплое время года многие животные выводят потомство, накапливают жиры в своем теле, делают запасы. Зимой некоторые впадают в спячку, либо ведут пассивный образ жизни. Например, у змей и лягушек зимой поддерживается медленный обмен веществ за счет питательных веществ, которые были накоплены в период лета и осени.

Смену дня и ночи животные проживают также по-разному – меняют свою активность в течение суток. По такому признаку их делят на дневных и ночных. Например, муравьи, многие птицы, суслики и медведи активны днем. В темное время суток они отдыхают. А вот ночью особенно активны ежи, жабы, летучие мыши. Также с наступлением темноты на охоту вылетают филины, совы. Они ночные хищники, а потому охотятся в темное время суток, а днем прячутся в укромных местах.

Как вы уже знаете из § 5, у большинства животных и растений цикл развития приурочен к сезонам года. Сигналом для подготовки к изменению сезона служит изменение продолжительности светового дня — фотопериода. Все растения и животные, особенно умеренного климата, эволюционно выработали механизмы приспособления к сезонным изменениям факторов среды. Сезонные явления в природе изучает наука фенология.

*Приспособления растений к сезонным ритмам условий среды обитания

У растений процессы роста и развития определяются сезонными особенностями климатических факторов. Весной под их влиянием у растений активируются физиологические процессы, приводящие к росту и развитию, летом — к размножению, осенью — к листопаду. У покрытосеменных весной происходит цветение, а летом — плодоношение. Основным приспособлением растений к зимним условиям является их переход в состояние покоя, характеризующееся прекращением роста и замедлением биологических процессов. У некоторых растений до наступления холодов формируются подземные видоизмененные побеги, содержащие запас питательных веществ и способные переносить неблагоприятный период года. Например, у нарцисса, тюльпана, лилии образуются луковицы; у картофеля, топинамбура — клубни. С наступлением благоприятных условий они обеспечивают вегетативное размножение.

Длина светового дня, изменяющаяся в течение года, как часы, показывает растениям лучшее время для перехода к вегетации, размножению или для подготовки к неблагоприятному сезону. Важен также характер изменения длины светового дня (укорачивающийся или удлиняющийся). Например, у ряда многолетних злаков переход к цветению стимулируется удлинением светового дня весной, у других видов растений, наоборот, для этого требуется его укорачивание. Как вы уже знаете из § 5, наземные растения по типу фотопериодической реакции разделяются на короткодневные, длиннодневных и нейтральные к длине светового дня.

В зависимости от сезона лимитирующее действие на растения могут оказывать разные климатические факторы — свет, температура, влажность. Приспособления к их недостатку или избытку в среде обитания рассматривались в § 5—7.

Приспособления животных к сезонным ритмам условий среды обитания

У животных к неблагоприятным сезонным явлениям сформировались разнообразные приспособления. Для них характерны сезонные биологические циклы, в основе которых лежат сложные физиологические механизмы. Так, одни животные запасают корм, другие — накапливают массу тела, третьи — замедляют процессы жизнедеятельности, четвертые — повышают уровень теплообразования. На подготовку к зиме требуется время для физиологической перестройки организма и накопления необходимого запаса энергетических ресурсов.

В ходе эволюции животные смогли выработать три основных пути приспособления к неблагоприятным сезонным условиям среды: активный, пассивный и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь приспособления организмов к сезонным колебаниям экологических факторов — это, во-первых, теплокровность — поддержание организмом постоянной температуры тела за счет высокой интенсивности обмена веществ, что позволяет противостоять низким зимним температурам. Некоторые млекопитающие и птицы сменяют наружный покров, чтобы уменьшить теплоотдачу в зимних условиях. У них происходит осенняя линька — смена летних покровов на более густые зимние.

Во-вторых, у животных появились приспособления, позволяющие переносить недостаток влаги. Например, бурые медведи, сурки, хомяки к осени способны накапливать бурый жир, который зимой расщепляется с образованием воды. Некоторые животные — змеи, черепахи, членистоногие — при наступлении засухи добывают влагу из пищи.

Пассивный путь приспособления организмов к сезонным колебаниям экологических факторов характеризуется своеобразным приспособлением к перенесению неблагоприятных условий — спячкой. Спячка — это состояние пониженной жизнедеятельности и обмена веществ, наступающее у некоторых гомойотермных животных, когда пища или вода становится малодоступной и сохранение высокого интенсивного обмена веществ невозможно. Во время спячки происходит снижение температуры тела на несколько градусов, но обычно не более чем на 10 °С, и терморегуляция не прекращается. При этом дыхание становится редким, замедляется сердцебиение, затормаживаются физиологические процессы. Различают зимнюю и летнюю спячки.

Зимняя спячка — относительно продолжительный непрерывный сон некоторых млекопитающих животных (бурые медведи, летучие мыши, сурки, барсуки, суслики, сони, ежи) в зимнее время года. Главной причиной является недостаток корма. Спячка может длиться от нескольких дней до многих месяцев в зависимости от региона и вида организмов.

Суслик спит до 6 месяцев в характерной позе — сидя на задних ногах, подогнув голову к брюшку и укрыв себя хвостом. Еж сворачивается клубком и засыпает. Летучая мышь, завернувшись в крылья, в состоянии спячки проводит до 7 месяцев (с октября по апрель), пока нет насекомых. Сони в умеренном климате спят до 8 месяцев. Сурок в состоянии замедленного обмена веществ суммарно проводит до 9 месяцев.

Животные, которые впадают в зимнюю спячку, как правило, не делают запасов пищи на зиму. Но они накапливают за теплое время года жир в своем теле, позволяющий им существовать без пищи и воды.

Подкожный слой жира у медведей ближе к холодам достигает толщины в 7—9 см. Самки набирают массу до 150 кг и больше, самцы — до 300 кг, причем всей массы приходится на жир. У барсуков старые самцы к зиме набирают до 32—34 кг массы при исходной около 24 кг.

Жаркое время года некоторые грызуны переносят в состоянии летней спячки, продолжающейся до нескольких месяцев. Она вызвана сезонным дефицитом воды.

Для пойкилотермных животных (насекомых, рыб, земноводных, пресмыкающихся) характерно оцепенение. Оцепенение — состояние резко пониженной жизнедеятельности, при котором все внутренние процессы замедляются намного сильнее, чем при спячке. Температура тела снижается до значения температуры внешней среды, сердцебиение замедляется до 2—3 ударов, а дыхание — до 3—4 вдохов в минуту.

Зимнее оцепенение наступает при недостатке тепла, влаги и пищи в среде обитания. Позвоночные животные находят себе укромные места (в норах, под корягами), насекомые прячутся в землю, в дупла, под кору деревьев, забиваются в трещины пней и впадают в оцепенение до наступления весны.

Особым приспособлением к неблагоприятным сезонным условиям является анабиоз — временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни. Анабиоз характерен в основном для спор, сухих семян, протистов, лишайников, круглых червей. В таком состоянии они способны длительно выдерживать очень низкие и высокие температуры, переносить отсутствие воды. Например, высушенные семена растений, споры, а также цисты протистов способны выдерживать температуры ниже –200 °С.

Избегание неблагоприятных воздействий — еще один путь приспособления организмов к сезонным колебаниям экологических факторов. Основным примером являются миграции. Миграции — это регулярные, повторяющиеся из года в год сезонные перемещения большого числа птиц или других животных из одного местообитания в другое. Наиболее хорошо известны миграции птиц умеренных широт (журавлей, аистов, лебедей, гусей). Миграции совершают и многие млекопитающие (северные олени, гну, киты), некоторые пресмыкающиеся (морские черепахи), насекомые (бабочка-монарх).

Птицы способны совершать очень дальние перелеты. Белые аисты гнездятся в Европе, в том числе и в Беларуси, а зимуют в Южной Африке. Эти птицы дважды в год преодолевают расстояние в 10—15 тыс. км. Самые дальние перелеты совершают полярные крачки. Эти птицы проводят лето в тундре, где выводят птенцов, а зимуют в южном полушарии. Таким образом, крачки два раза в год пролетают более 17 тыс. км. Северные олени с наступлением зимы мигрируют из тундры в лесотундру и северную тайгу, преодолевая расстояния до 500 км.

Повторим главное. У растений адаптация к смене сезонов проявляется переходом к следующей стадии жизненного цикла. Весной у них активно протекают процессы роста и развития, у большинства покрытосеменных наступает цветение, летом — плодоношение, осенью — листопад. Основным приспособлением растений к зиме является их переход в состояние покоя. Путями приспособления животных к неблагоприятным сезонным условиям среды являются: активный путь (теплокровность, способность накапливать жир); пассивный путь (спячка, оцепенение, анабиоз); избегание неблагоприятных воздействий (миграции).

Проверим знания

Ключевые вопросы

1. Назовите причину наступления листопада у древесных двудольных растений.
2. Какие пути приспособления к сезонным изменениям условий среды выработали животные?
3. Из приведенного перечня животных выберите впадающих: 1 — в спячку; 2 — в оцепенение. Барсук, сурок, лягушка, змея, медведь бурый, черепаха, еж, ящерица, тритон, мышь летучая, соня, бурундук, амур белый. Чем отличаются эти состояния?

Сложные вопросы

*1. Объясните, почему одни животные впадают в спячку зимой, а другие — летом. Приведите их примеры.
2. Как вы думаете, почему медведь бурый впадает в зимнюю спячку, а медведь белый зимой активен?

* Индивидуальное домашнее задание. В качестве объекта наблюдения выберите типичное для ваших мест древесное растение и проследите за его сезонными изменениями. Составьте дневник фенологических наблюдений. Установите типы адаптаций данного растения к разным сезонам.

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 зи ме.

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.

Анабиоз лягушки

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.

Если среда, в которой обитает животное, подвержена небольшим колебаниям, то приспособления организмов к ней носят до известной степени характер статический.

Так, шерсть тропических животных редкая, короткая, жёсткая, у полярных густая, длинная, мягкая. Белые медведи не меняют своей окраски, так как всю жизнь проводят среди льдов. Животные пустыни — лев, верблюд, антилопы, змеи — окрашены под цвет песка, в тропических лесах преобладает зелёная окраска животных, многие морские организмы прозрачны и т. п.

Но если аспект ландшафта меняется по сезонам, то приспособления к ландшафту приобретают динамический характер, изменяясь периодически. И эта смена ярче, чем что-нибудь другое, доказывает безусловную зависимость организмов от окружающей обстановки. Впрочем, эта зависимость не менее отчётлива и в тех случаях, когда смены не бывает: у пещерных животных нет сезонной периодичности в жизненных циклах, и это вполне закономерно, так как в пещерах нет деления года на сезоны.

Приспособления животных к сезонным изменениям природы весьма разнообразны. Они выражаются в запасании корма на зиму (пчёлы, некоторые грызуны), в устройстве тёплых зимних жилищ, нор и гнёзд, в приобретении новых физиологических свойств, в перемене места обитания, в явлениях спячки и пр.

В связи с изменением температуры и приобретением ландшафтом нового аспекта у животных меняются характер покровов и их окраска. Чем резче выражена смена сезонов в ландшафте, тем резче проявляется и сбрасывание наружных покровов, и замена их новыми (линька). В тропиках смена шерсти и перьев протекает постепенно в течение всего года, в холодных странах она приурочена к определённым сезонам. К зиме мех становится гуще, пушистее, длиннее, под кожей происходит образование жирового слоя. Меняется и окраска животного: заяц беляк зимой белый, весной пегий, летом темнобурый; каштанового цвета ласки зимой становятся снежнобелыми; то же происходит с песцами, горностаями и т. п., меняющими свои тёмные летние одеяния на покровительственно окрашенную мантию, позволяющую животному совершенно слиться с белым фоном зимнего ландшафта.

Широко распространённым сезонным приспособлением следует считать миграции или кочёвки животных. Некоторые миграции, правда, не имеют характера строго периодических, но зато приуроченность других к сезонам не подлежит ни малейшему сомнению.

Животные нередко совершают кочёвки в поисках пищи. Например, лемминги, когда они сильно размножаются, а растительного корма в данной местности мало, потому что он съеден самими леммингами, гусём-гумёнником или стал недоступным из-за ожеледи, начинают огромными массами переселяться в другие места. Движение кочующих леммингов совершается с исключительной неудержимостью: они переправляются через реки, массами гибнут от истощения и хищников.

Антилопы кочуют стадами из высохших и выгоревших травянистых просторов туда, где есть вода и свежая зелень. При недороде кедровых орехов сибирские белки переселяются в другие леса. Северный олень весной с южной окраины тундры кочует на север; одной из причин этого служит стремление избавиться от гнуса.

Миграции животных, обусловленные недостатком пищи или перенаселением, хотя и не укладываются вполне строго в рамки сезонных явлений, тем не менее довольно часто бывают так или иначе связаны с сезонными переменами ландшафта.

Классическими примерами типично сезонных миграций являются уход осенью червей глубоко в почву (туда, где она не промерзает), миграции рыб, перелёты птиц и др.

Миграции рыб связаны чаще всего с нерестом, т. е. процессом икрометания. Инстинкт собирает рыб в огромные стаи и заставляет их совершать огромные передвижения. Есть рыбы, нерестящиеся ежегодно или через год, через два года, но есть такие, которые мечут икру только один раз в жизни: угорь, кета, горбуша, красная, многие роды бычков, громадное большинство особей сёмги и т. п.

Особенно ярко явление миграции наблюдается у проходных рыб, т. е. таких, которые живут в море, но для метания икры поднимаются в реки на сотни километров. Лосось, или сёмга, ежегодно заходит из моря в наши северные реки для метания икры. Молодь проводит в реках два-три года, затем переходит в море, где живёт от одного года до пяти лет, а потом идёт для нереста в реки.

Сёмга после нереста обычно погибает, но бывают случаи, когда отдельные особи нерестятся в жизни по два-три раза и даже, как редчайшее исключение, до пяти раз.

Особенно интересны миграции речного европейского угря (Anguilla vulgaris). Угорь этот живёт в реках и озёрах Европы. Достигнув половой зрелости (на это нужно несколько лет), он выходит в море (обычно осенью), затем в Атлантический океан и направляется к той его части, которая называется Саргассовым морем. Здесь на глубинах и происходит икрометание. Из оплодотворённой икры развиваются личинки — маленькие, прозрачные, рыбообразные, но настолько не похожие на угрей, что их долгое время считали особым животным — Leptocephalus brevirostris. Эти лептоцефалы, претерпевая метаморфоз и увеличиваясь в размерах, в течение трёх лет странствуют из Саргассова моря к Европе. Только в конце третьего года происходит их превращение в маленьких угрей, после чего они уже проникают в реки.

Большинство птиц умеренных стран улетает на зиму в тёплые края, а весной возвращается обратно. Улетают гуси, лебеди, трясогузки, утки, жаворонки, кукушки, журавли и т. п. Остаются лишь некоторые хищные, а также некоторые зерноядные — воробьи, овсянки, тетерева.

Перед отлётом птицы собираются в стаи, и эти стаи в местах зимовья уже не распадаются.

Птицы летят не особенно торопливо, с остановками, кормятся по пути и отдыхают. Одни из них пролетают в день всего километров 30, другие около 200 км. Остановки в пути продолжаются иногда по нескольку дней. Таким образом, перелёт от начального пункта до конечного занимает довольно большое время. Вместе с тем быстрота полёта бывает иногда весьма значительна, а продолжительность перелёта в отдельных случаях исключительно мала. Скворцы летят со скоростью 60—80 км в час, ржанки 65—80 км, гуси 70—90, стрижи до 110 км. Птицы могут лететь по многу часов без отдыха, и, например, одна стая чибисов в 1927 г. перелетела из Англии в Ньюфаундленд (правда, при сильном попутном ветре) за одни сутки, проделав путь в 3500 км.

Излюбленными местами зимовок евразийских птиц служат Индия и Египет. Но птицы из северной Азии летят в Аравию, Иран, Индию, Китай, даже в Австралию, из Европы в Африку, Малую Азию. Грачи, аисты зимуют на Ниле, соловьи, малиновки, ласточки, кукушки в центральной Африке, орлы в Египте, розовый скворец и сибирская пеночка в Индии, краснозобая казарка из северо-западной Сибири — в южной части Каспийского моря и т. п.

Важно отметить, что птицы к местам зимовья перелетают не беспорядочно, а придерживаются определённых путей, которые для данного вида остаются из года в год одними и теми же. Пути пролёта нескольких видов птиц могут на том или ином расстоянии совпадать. Одни птицы летят вдоль морских берегов, другие вдоль рек, над озёрами и болотами, путь третьих проходит над сушей и с водными пространствами не связан. Во всех этих случаях птицы стремятся по тому пути, характер которого ближе всего к характеру их коренного местообитания или на котором они легче всего найдут привычную для себя пищу. Так, птицы, населяющие морские побережья, при перелёте тоже придерживаются морских побережий. Поскольку выбор пути в значительной степени определяется характером корма, неудивительно, что некоторые птицы весной и осенью летят разными дорогами: домой они возвращаются иным путём, чем уходят из дома. Это изменение связано с изменением корма.

Сущность такого приспособления к среде, как миграция (периодическая или непериодическая), сводится к тому, что животное избегает неблагоприятных условий, перемещая себя в другой ландшафт. Это есть как бы приспособление по линии наименьшего сопротивления. Совсем иной характер носит другое сезонное приспособление, а именно — спячка животных, или состояние оцепенения, в котором животное проводит неблагоприятный для жизни период в пределах своего местообитания.

Приспособление это возникло в процессе эволюции у самых различных форм и в самых различных частях света. Оно, как и миграции животных, стимулируется недостатком пищи, а предвестником этого надвигающегося недостатка, служащим своего рода сигналом, побуждающим непосредственно организм к спячке, является в наших широтах понижение внешней температуры, а в тропиках засуха, высыхание водоёмов, уменьшение содержания воды в пище. В соответствии с этим различают зимнюю спячку, когда животное впадает в оцепенение на период преобладания низких температур, и летнюю спячку, которая приурочена к засушливому сезону.

Экология животных, впадающих в спячку, характеризуется прежде всего ограниченностью периода активной жизни. Размножаются они реже, чем животные, не впадающие в спячку (млекопитающие не чаще одного раза в лето, тогда как близкие к ним формы, не впадающие в спячку, приносят по два-три поколения в год), но зато общее их число подвергается меньшим колебаниям, чем общее число животных, хотя и более продуктивных, но не подверженных спячке: спячка предохраняет от неблагоприятных условий и заразных заболеваний.

Во время спячки животное проводит много месяцев без пищи. Это, разумеется, возможно только при крайнем замедлении жизненных функций. Жизненные процессы сведены к минимуму, и организм питается запасами, отложенными в нём самом. Бодрствующий сурок делает в час 1500 вдыханий, а во время спячки только 14, т. е. в сто раз меньше. Следовательно, во время спячки окисление, а значит, и разрушение тканей сильно замедлено, поэтому для восстановления их требуется меньше пищи. В результате замедления дыхания и почти полного отсутствия мышечной работы, т. е. вследствие устранения источников животной теплоты, температура тела спящего животного сильно понижается.

Длительность спячки самая разнообразная. Бурундуки, сони, белки спят два-три месяца, ежи четыре-пять месяцев, летучие мыши и сурки шесть месяцев, а горные сурки семь-восемь месяцев.

Млекопитающие проводят зимнюю спячку в норах, берлогах, дуплах и других укрытиях. Они впадают в неподвижность и глубокое оцепенение. Температура их тела снижается почти до температуры окружающего их воздуха, превышая последнюю всего на несколько градусов. Дыхание становится не только замедленным в пять-десять и более раз, но и нерегулярным: после пяти-восьми дыханий наступает пауза в несколько минут. Резко уменьшаются потребление кислорода и выделение CO₂, сердце бьётся в 10—30 раз реже, чем у животного в активном состоянии. Изменяется состав крови за счёт увеличения содержания CO₂ и уменьшения содержания сахара. Так как организм потребляет накопленные до спячки запасы жира, животное постепенно теряет в весе, и рост его прекращается: если остричь шерсть или когти, то они во время спячки не растут и начинают отрастать лишь после пробуждения животного. В состоянии оцепенения организм не подвержен инфекционным болезням даже в том случае, если он был заражён ещё до спячки.

Ящерицы и змеи проводят спячку во мху, в расщелинах, в норах, причём змеи зимуют по многу экземпляров вместе. Карпы, караси и сомы зарываются в тину на дне и лежат там неподвижно. В таком же оцепенении проводят зиму осётр, стерлядь, белуга.

Для беспозвоночных животных зимняя спячка лучше всего изучена на примере насекомых. Многие дневные бабочки (крапивница, траурница) проводят спячку в виде взрослого насекомого под корой и в дуплах деревьев, другие бабочки зимуют в стадиях яйца, личинки, куколки. Божьи коровки спят пять-семь месяцев под опавшими листьями, корой, камнями, самки ос и шмелей в своих норках и гнездах, муравьи в подземной части своих муравейников и т. д. Тело оцепеневшего насекомого принимает температуру окружающего воздуха, а содержание воды в теле уменьшается.

Основным источником, поддерживающим жизнь (крайне замедленную) насекомого в спячке, является запас жира. Если этого запаса мало, насекомое неминуемо погибнет. Потому, например, пчела, у которой запасов жира нет вовсе, может прожцть в спячке всего пять-девять дней. Вообще говоря, смертность насекомых в спячке весьма высока, и зиму в состоянии оцепенения переживают сравнительно немногие.

В наших широтах число видов животных, впадающих в зимнюю спячку, во много раз больше числа видов, остающихся на зиму в бодрствующем состоянии. Из беспозвоночных оцепеневают на зиму моллюски, ракообразные, паукообразные, насекомые; из позвоночных рыбы (хотя и не все виды), земноводные (лягушки, жабы, тритоны), пресмыкающиеся (ящерицы, змеи, черепахи), некоторые млекопитающие, например почти все виды летучих мышей, ежи, многие грызуны (сони, тушканчики, суслики, сурки), барсук, бурый медведь и т. п. Птицы в спячку не впадают вовсе.

Летняя спячка характерна для животных тропических областей с резко выраженным засушливым периодом. Но это явление выражено и в умеренных широтах. Многие виды сусликов в Северной Америке впадают в летнюю спячку в связи с высыханием их растительной пищи. В Европе коловратки, живущие во мху, при высыхании мха сами высыхают и оцепеневают. Но, как только выпадет дождь или сядет роса, они вновь оживают. Таким образом, спячка может неоднократно прерываться и возобновляться.

В тропиках в летнюю спячку погружаются танреки, двоякодышащие рыбы и некоторые другие животные.

Несомненно, что явление спячки весьма близко стоит к явлению анабиоза. Под анабиозом разумели состояние скрытой жизни или даже полный перерыв жизненных функций, после которого организм может вновь вернуться к жизни. Но теперь установлено, что в этом втором смысле (т. е. в смысле полной остановки жизненных процессов) анабиоза в природе вовсе не существует, а существуют лишь различные формы спячки, т. е. различные формы ослабления и замедления жизненных процессов.

Сезонная периодичность относится к числу наиболее общих явлений в живой природе. Она особенно ярко выражена в умеренных и северных широтах. В основе внешне простых и хорошо знакомых нам сезонных явлений в мире организмов лежат сложные приспособительные реакции ритмического характера, которые выяснены сравнительно недавно.

Сезонность в природе

В качестве примера рассмотрим сезонную периодичность в центральных районах нашей страны. Здесь ведущее значение для растений и животных имеет годовой ход температуры. Период, благоприятный для жизни, продолжается около шести месяцев.

Признаки весны появляются, как только начинает сходить снег. Еще не распустив листья, зацветают некоторые ивы, ольха, лещина; на проталинах даже сквозь снег пробиваются ростки первых весенних растений; прилетают перелетные птицы; появляются перезимовавшие насекомые.

В середине лета, несмотря на благоприятную температуру и обилие осадков, рост многих растений замедляется или полностью прекращается. Уменьшается количество цветущих растений. Заканчивается размножение птиц. Вторая половина лета и ранняя осень - период созревания плодов и семян у большинства растений и накопления питательных веществ в их тканях. В это время уже заметны признаки подготовки к зиме. У птиц и млекопитающих начинается осенняя линька, перелетные птицы сбиваются в стаи.

Еще до прихода устойчивых морозов в природе наступает период зимнего покоя.

Состояние зимнего покоя

Зимний покой не просто остановка развития, вызванная низкой температурой, а очень сложное физиологическое приспособление. У каждого вида состояние зим него покоя наступает лишь на определенной стадии развития. Так, у растений (в зависимости от вида) зимуют семена, надзем ные и подземные части с покоящимися почками, а у некоторых травянистых растений - прикорневые листья. На разных стадиях развития наступает зимний покой у насекомых. Малярийный комар и бабочки-крапивницы зимуют в стадии взрослого насекомого, бабочки-капустницы - в стадии куколки, непарный шелкопряд - в стадии яйца.

Зимующие стадии растений и животных имеют много сходных физиологических особенностей. Значительно снижена интенсивность обмена. Ткани организмов, находящихся в состоянии зимнего покоя, содержат много запасных питательных веществ, особенно жиров и углеводов, за счет которых поддерживаются сниженные процессы обмена в течение зимовки. Обычно уменьшается количество воды в тканях, особенно в семенах, зимних почках растений. Благодаря всем этим особенностям покоящиеся стадии способны длительно переживать суровые условия зимовки.

Причины биологических ритмов. Фотопериодизм

У каждого вида в процессе эволюции выработался характерный годичный цикл интенсивного роста и развития, размножения, подготовки к зиме и зимовки. Это явление получило название биологического ритма. Совпадение каждого периода жизненного цикла с соответствующим временем года имеет решающее значение для существования вида.

Наиболее заметна связь всех физиологических явлений у организма с сезонным ходом температуры. Но хотя она влияет на скорость жизненных процессов, все же не служит главным регулятором сезонлых явлений в природе. Биологические процессы подготовки к зиме начинаются еще летом, когда температура высока. Насекомые при высокой температуре все-таки впадают в зимующее состояние, у птиц наступает линька и появляется стремление к перелету. Следовательно, какие-то другие условия, а не температура влияют на сезонное состояние организма.

Главным фактором регуляции сезонных циклов у большинства растений и животных является изменение продолжительности дня. Реакция организмов на продолжительность дня получила название фотопериодизма.

При искусственном круглосуточном освещении или продолжительности дня более 15 ч сеянцы березы растут непрерывно, не сбрасывая листьев. Но при освещении в течение 10 или 12 ч в сутки рост сеянцев даже летом прекращается, вскоре происходит сбрасывание листьев и наступает зимний покой, как под влиянием короткого осеннего дня. Многие наши листопадные древесные породы: ива, белая акация, дуб, граб, бук - при длинном дне становятся вечнозелеными.

Продолжительность дня определяет не только наступление зимнего покоя, но и другие сезонные явления у растений. Так, длинный день способствует образованию цветков у большинства наших дикорастущих растений. Такие растения называют длинно дневными. Из культурных к ним относятся рожь, овес, большинство сортов пшеницы и ячменя, лен. Однако некоторые растения, преимущественно южного происхождения, например хризантемы, георгины, для цветения нуждаются в коротком дне. Поэтому они зацветают у нас лишь в конце лета или осенью. Растения такого типа называют короткодневными.

Сильно сказывается влияние длины дня и на животных. У насекомых и клещей длина дня обусловливает наступление зимнего покоя. Так, при содержании гусениц бабочки-капустницы в условиях длинного дня (более 15 ч) из куколок вскоре выходят бабочки и без перерыва развивается последовательный ряд поколений. Но если гусениц содержать при дне короче 14 ч, то даже весной и летом получаются зимующие куколки, которые не развиваются в течение нескольких месяцев, несмотря на достаточно высокую температуру. Подобный тип реакции объясняет, почему в природе летом, пока день длинный, у насекомых может развиваться несколько поколений, а осенью развитие всегда останавливается на зимующей стадии.

У большинства птиц весенний, удлиняющийся день вызывает развитие половых желез и проявление гнездовых инстинктов. Осеннее сокращение дня вызывает линьку, накопление запасных жиров и стремление к перелету.

Длина дня является сигнальным фактором, определяющим направление биологических процессов. Почему именно сезонные изменения длины дня приобрели такое большое значение в жизни живых организмов?

Изменение длины дня всегда тесно связано с годовым ходом температуры. Поэтому длина дня служит точным астрономическим предвестником сезонных изменений температуры и других условий. Это объясняет, почему у самых разных групп орга низмов умеренных широт под влиянием движущих сил эволюции сформировались специальные фотопериодические реакции - приспособления к климатическим изменениям в различное время года.

Фотопериодизм - это общее важное приспособление, регулирующее сезонные явления у самых разных организмов.

Биологические часы

Изучение фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длительности. Реакция организмов на продолжительность дня и ночи показывает, что они способны измерять время, т. е. обладают какими-то "биологическими часами". Эту способность имеют все виды живых существ, от одноклеточных до человека.

"Биологические часы", кроме сезонных циклов, управляют многими другими биологическими явлениями, природа которых еще недавно оставалась загадочной. Они определяют правильный суточный ритм как активности целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений.

Управление сезонным развитием животных и растений.

Выяснение роли длины дня и регуляции сезонных явлений открывает большие возможности для управления развитием организмов.

Различные приемы управления развитием используют при круглогодичном выращивании на искусственном свету овощных культур и декоративных растений, при зимней и ранней выгонке цветов, для ускоренного получения рассады. Предпосевной обработкой семян холодом достигают колошения озимых культур при весеннем посеве, а также цветения и плодоношения уже в первый год многих двулетних растений. Увеличивая длину дня, удается повысить яйценоскость птиц на птицефермах.

Читайте также: