Циклические изменения в экосистемах, понятие о биологических ритмах

Одно из фундаментальных свойств природы цикличность большинства происходящих в ней процессов. Вся жизнь на Земле, от клетки до биосферы, подчинена определенным ритмам. Природные ритмы для любого организма можно разделить на внешние (цикличные изменения в окружающей среде) и внутренние (связанные с его собственной жизнедеятельностью).

Основные внешние ритмы имеют географическую природу, так как связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны – относительно Земли. Под влиянием этого вращения закономерно изменяется множество экологических факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное энергетическое поле, океанические приливы и отливы и др. На живую природу воздействуют и космические ритмы, такие, как периодические изменения солнечной активности. Изменение солнечной радиации существенно влияет на климат нашей планеты.

Внутренние циклы – это, прежде всего, физиологические ритмы организмов. Физиологические процессы не осуществляются непрерывно. Ритмичность обнаружена в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, работе ферментов и деятельности митохондрий. Определенному ритму подчиняется деление клеток, сокращение мышц, биение сердца, дыхание, возбудимость нервной системы, т.е. работа всех клеток органов и тканей организма. При этом каждая система имеет свой собственный период. Изменить этот период действием факторов внешней среды можно лишь в узких пределах, а отдельные процессы – совсем нельзя.

Ритмически осуществляя свои физиологические функции, организм как бы отсчитывает время. Для всех внешних и внутренних ритмов наступление очередной фазы зависит, прежде всего, от времени. Поэтому время выступает одним из важнейших экологических факторов, на которые должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним цикличным изменениям природы. Целый ряд внутренних циклов организмов совпадает по периоду с внешними, геофизическими циклами. Это так называемые адаптивные биологические ритмы: суточные, приливно-отливные, равные лунному месяцу, годовые. Благодаря им, самые важные биологические функции организма (питание, рост, размножение) совпадают с наиболее благоприятным для этого временем суток или года. Адаптивные экологические ритмы возникли как приспособление физиологии живых существ к регулярным экологическим изменениям во внешней среде.

Суточный ритм обнаружен у разнообразных организмов: от одноклеточных до человека. У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью: сон и бодрствование, изменение температуры тела, ритм сердечных сокращений, объем и химический состав мочи, потоотделение, мышечная и умственная работоспособность и т.д.

По смене сна и бодрствования животных делят на дневных и ночных. Ярко выраженная дневная активность наблюдается у кур, воробьиных птиц, сусликов, муравьев, стрекоз и др. Типично ночными животными являются ежи, летучие мыши, совы, кабаны, большинство кошачьих и многие другие. Существуют также полифазные виды, имеющие приблизительно одинаковую активность и днем, и ночью (многие землеройки, хищники и др.).

У ряда животных суточные изменения затрагивают преимущественно двигательную активность и не сопровождаются существенными отклонениями физиологических функций (например, у грызунов). Наиболее яркий пример физиологических сдвигов в течение суток дают летучие мыши. У одних видов периоды активности строго приурочены к определенному времени суток, у других видов могут сдвигаться в зависимости от обстановки.

У некоторых видов при полной постоянности внешних условий (температура, освещенность, влажность и т.д.) продолжают длительное время сохраняться циклы, по периоду приближенные к суточному, когда суточная цикличность жизнедеятельности переходит во врожденные генетические свойства вида. Такие эндогенные циклы получили название циркадных(от латинского circa – «около» и dies – «день», «сутки»). Длительность таких циклов неодинакова у разных особей одного вида, отличается от среднего 24-часового периода. У человека циркадные ритмы изучались в различных ситуациях: в пещерах, герметичных камерах, подводных плаваниях и т.д. Обнаружилось, что в отклонениях от суточного цикла у человека большую роль играют типологические особенности нервной системы. Циркадные ритмы могут быть различны даже у членов одной семьи.

Известный стереотип поведения, обусловленный циркадным ритмом, облегчает существование организмов при суточных изменениях среды. Однако при расселении животных и растений и попадании их в географические условия с иными ритмами дня и ночи слишком прочный стереотип может стать неблагоприятным. Поэтому расселительные возможности ряда видов ограничены глубоким закреплением их циркадных ритмов. Например, серые крысы отличаются от черных значительно большей пластичностью суточного цикла. У черных крыс он почти не поддается перестройке, и вид имеет ограниченный ареал, тогда как серые крысы распространились практически по всему миру.

Другое по теме

Разработка предложений и методов для улучшения экологической ситуации в Волго-Вятском районе
Воздействие объектов хозяйственной деятельности на окружающую среду является следствием проектирования, строительства и штатной эксплуатации инженерных сооружений, объектов, аварий, пожаров ...

Автоматизированный контроль качества вод
Вода – основа жизни. И очень хочется, чтобы вода в доме была чистой, прозрачной и безопасной. Но, к сожалению, в реальности вода загрязнена множеством соединений, концентрации которых часто ...