БИОТА
Биологические
ритмы (Тема)
Периодические колебания
интенсивности и характера биологических процессов и явлений называются
биологическими ритмами (биоритмы), а
наука, их изучающая, – биоритмологией или
хронобиологией. Биоритмы поддерживаются
внутренними механизмами, позволяющими организмам циклически менять свое
состояние (биологические часы). Все организмы обладают способностью довольно
точно определять время дня и года. При помощи биологических часов у них
устанавливаются суточные, сезонные, годовые и другие ритмы различных
физиологических процессов. У животных это связано с выработкой условных
рефлексов. Биологические часы управляют биоритмами как организма в целом, так и
внутриклеточных процессов. Биоритмы
подразделяются на внутренние (эндогенные), обусловленные физиологическими процессамии и внешние (экзогенные), имеющие геофизическую и
космическую природу; те и другие следуют за циклическими изменениями во внешней
среде. Внутренние биоритмы
возникли исторически в результате приспособления изменений физиологической
активности организмов к колебанием характеристик
внешней среды. Это происходило в основном под влиянием трех факторов: вращения
Земли вокруг солнца и своей оси; вращения Луны относительно Земли; перемещения
звезд по небосводу. Первый фактор определяется солнечными сутками (24 часа),
второй – лунными сутками (24,8 часа), третий – звездными сутками (23,9 часа). Накладываясь друг на
друга, эти факторы обусловили ритмику близкую к 24 - часовому периоду, называемую циркадными ритмами, т.е.
приближающимися к суточному ритму (от лат. сirca – около и dies – день, сутки). Внешним раздражителем, обусловливающим
циркадные ритмы, является периодическая смена дня и ночи. Важность и количество
циркадных ритмов возрастают с усложнением организма, так, например, у человека
их обнаружено около 300. У многих животных
суточная периодичность интенсивности и характера биологических процессов не
сопровождается существенными отклонениями физиологических функций, а
проявляется в основном изменениями двигательной активности. Эта периодичность
обусловлена экзогенными суточными ритмами и характерна для дневных, сумеречных
и ночных животных. Другим наиболее общим
явлением в живой природе является сезонная периодичность, особенно выраженная в
умеренных и в северных широтах, где метеорологические условия изменяются
значительно от сезона к сезону. Сезонная периодичность в развитии растений,
например, всегда осуществляется в следующей последовательности: начало
вегетации; бутонизация; цветение; созревание семян;
обсеменение; прекращение вегетации. У животных также проявляются ежегодно
повторяющиеся сезонные изменения их жизнедеятельности. Следовательно, сезонная
периодичность в жизни растений и животных – результат приспособлений их к
годичному изменению метеорологических условий. Связь климатических факторов с
периодическими сезонными изменениями в жизни растений и животных изучает фенология. У некоторых организмов
выявлена периодичность, равная лунному месяцу, которая наиболее характерна для
морских организмов. Предполагается, что лунные ритмы есть у пресноводных и
наземных организмов. Кроме вышерассмотренных
биоритмов в природе наблюдается многолетняя периодичность биологических
явлений. Она обусловлена изменениями погоды под влиянием закономерной смены
солнечной активности и выражается чередованием урожайных и неурожайных лет, лет
обилия или малочисленности популяций животных и др. факторов. Различают 5-, 6-
и 11 летние, а также вековые (80…90 летние) циклы солнечной активности. Изменение суточной и
сезонной активности жизненных процессов организмов происходит под действием
многих факторов, однако, ведущая роль принадлежит свету. Этот важный сигнальный
фактор обусловливает периоды замедления и интенсификации жизненных процессов
(размножение, миграции, линька и др. биологические явления) у животных и
растений, регулируя тем самым ритмику их суточной и сезонной жизни. Так,
например, на подготовку к зиме требуется длительное время для физиологической
перестройки организма и накопления необходимого запаса энергетических веществ.
Сигналом о приближении зимы служит изменение длины дня, связанное с годовым
ходом температуры. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не
подвержена воздействиям колебаний других экологических факторов. Реакции организмов на
чередование продолжительности светлых и
темных периодов суток называются фотопериодизмом.
Фотопериодизм свойствен и растениям и животным во всех природных зонах земного
шара. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические
процессы, связанные с развитием и размножением организмов. Почти все физиологические
процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом активности в
определенные часы. Эти реакции основаны не просто на количестве получаемого света,
а на закономерном чередовании периодов света и темноты, продолжительности дня и
ночи. Все растения и
животные, особенно умеренного климата, эволюционно выработали механизмы
приспособления к неблагоприятным сезонным факторам. Так, например, все организмы
осенью подготавливаются к зиме, в т. ч. и растения, которым зимой свойственно
состояния покоя, характеризующееся прекращением роста и замедлением
биологических процессов. Различают органический, глубокий и вынужденный покой
растений. Органический покой
характерен для плодов, клубней и почек и заключается в изменении нуклеинового и
белкового обменов в эмбриональных клетках и тканях, что обеспечивает возобновление
нормального роста весной. Глубокий покой
наступает одновременно с органическим или после него и
обусловливает морозоустойчивость растений. Вынужденный покой
заключается в торможении ростовых процессов из-за неблагоприятных условий, чаще
всего проявляющихся весной. У животных
приспособления к неблагоприятным сезонным явлениям более многообразны, чем у
растений. Для них характерны сезонные биологические циклы, в основе которых лежат
сложные физиологические механизмы. Так, одни животные запасают корм, другие
нагуливают вес, третьи замедляют метаболизм, четвертые повышают уровень
теплообразования и т.п. Некоторые животные сменяют наружный покров.
Своеобразным приспособлением к неблагоприятным факторам служит состояние
спячки. У многих высших животных распространены миграции, вызываемые сменой
условий существования или циклами индивидуального развития. Особым приспособлением
к неблагоприятным сезонам является анабиоз,
характерный в основном для простейших одноклеточных животных, круглых червей,
спор, лишайников, сухих семян растений. |
| |