Адаптация животных к сухим климатическим условиям
Пустынные зайцы
Одним из наиболее интересных примеров адаптации животных к сухим климатическим условиям являются пустынные зайцы. В пустынных регионах, где вода является дефицитным ресурсом, эти зайцы разработали уникальные механизмы для выживания. Они имеют специальные мочевые пузыри, которые позволяют им максимально сохранять воду, а также способность сосать влагу из пищи, чтобы уменьшить потребность в питьевой воде.
Кенгуру-крыса
Еще одним интересным примером адаптации к сухим условиям является кенгуру-крыса, обитающая в Австралии. Эти маленькие грызуны справляются с недостатком воды, питаясь сухой пищей и максимально эффективно используя воду, получаемую из пищи и метаболических процессов. Они также могут впадать в спячку, чтобы снизить свою активность и потребность в воде.
Приспособительное поведение
Приспособительное поведение — действия, направленные на избежание отрицательных факторов окружающей среды. Является одним из эффективных способов адаптации к среде обитания.
Виды приспособительного поведения приведены в таблице.
|
Виды приспособленности |
Значение |
Примеры |
|
Замирание |
Защита от поедания травоядными животными |
Земноводные, птицы, некоторые жуки |
|
Угрожающая поза |
Защита от поедания |
Ушастая круглоголовка, бородатая ящерица |
|
Запасание корма |
Переживание бескормицы |
Сойка, кедровка, бурундук, белка |
|
Формирование брачных пар |
Воспроизведение потомства и совместный уход за ним |
Птицы, волки |
Все виды приспособлений организмов носят относительный характер. Даже самая эффективная адаптация может оказаться бесполезной или даже откровенно вредной при смене условий. К примеру, сокол, идеально приспособленный к стремительному полёту, совершенно не может передвигаться в воде или в густом лесу.
Что мы узнали?
В кратком докладе по биологии для 11 класса можно рассказать, что приспособленность у живых организмов возникла в ходе эволюции. Её основная задача — помочь организму выжить в конкретной среде и оставить после себя потомство. Адаптации могут иметь самые различные формы и разделяются по морфологии, физиологии и поведению организмов.
-
/10
Вопрос 1 из 10
Особенности жизнедеятельности
Холоднокровные животные — это те, которые в силу слабо развитой нервной системы имеют несовершенную систему регуляции основных жизненно важных процессов в организме. Следовательно, и обмен веществ у холоднокровных животных тоже имеет низкий уровень. Действительно, он протекает намного медленнее, чем у теплокровных (в 20-30 раз). При этом температура тела бывает выше на 1-2 градуса температуры окружающей среды или равна ей. Эта зависимость является ограниченной во времени и связана со способностью накапливать тепло от предметов и солнца либо согреваться в результате мышечной работы в случае если снаружи поддерживаются приблизительно постоянные параметры. В том же случае, когда внешняя температура опускается ниже оптимального, все обменные процессы у холоднокровных замедляются. Реакции животных становятся заторможенными, вспомните сонных мух, бабочек и пчел осенью. Когда происходит понижение температурного режима на два и более градуса в природе, эти организмы впадают в оцепенение (анабиоз), переживают стресс, а иногда и погибают.
Адаптации животных к различным температурным условиям
Разнообразие адаптаций животных к неблагоприятным температурным условиям объясняется разными способами терморегуляции у пойкилотермных и гомойотермных организмов. Все адаптации животных по механизму действия разделяют на биохимические, физиологические, морфологические и поведенческие.
Биохимические адаптации
У пойкилотермных животных при переохлаждении происходит накопление «биологических антифризов» (веществ, понижающих точку замерзания воды) в жидкостях тела. Такими веществами у рыб являются гликопротеиды, у насекомых — глицерин, высокие концентрации глюкозы.
У арктических и антарктических рыб отмечается повышенное содержание ненасыщенных жирных кислот в составе жиров, что снижает температуру их затвердевания.
У гомойотермных организмов борьба с переохлаждением происходит за счет повышения интенсивности обмена веществ. У млекопитающих усиливается расщепление особой жировой ткани (бурого жира). Она богата митохондриями и пронизана многочисленными кровеносными сосудами.
Физиологические адаптации
У пойкилотермных организмов регуляция теплообмена происходит благодаря особенностям строения кровеносной системы.
Большое значение для терморегуляции у пойкилотермных животных имеет наличие артериовенозных «теплообменников». Сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи. Кровь кожи согревает кровь мышц, и в глубь тела она поступает теплой. Отдав свое тепло, охлажденная мышечная кровь вновь направляется к поверхности тела. При увеличении температуры окружающей среды у ящериц, например, увеличивается скорость тока крови по сосудам.
При высоких температурах как у пойкилотермных, так и у гомойотермных организмов теплоотдача усиливается за счет испарения влаги с поверхности тела (потоотделение). Влага может испаряться через слизистые оболочки ротовой полости и верхние дыхательные пути (тепловая одышка и др.).
В случае воздействия низких температур у животных может возникнуть мышечная дрожь. Они могут также впадать в спячку.
У млекопитающих с короткой и редкой шерстью важную роль в терморегуляции играют сосудистые реакции. Расширение или сужение мелких поверхностных сосудов кожи усиливает или снижает теплоотдачу.
Морфологические адаптации
Уменьшению потерь тепла у организмов способствуют теплоизолирующие покровы. Пресмыкающиеся имеют роговой покров, птицы — перьевой, млекопитающие — волосяной. Сохранению тепла способствует подкожный жир, особенно выраженный у обитателей холодного климата (ластоногие и китообразные).
Поведенческие адаптации
У пойкилотермных животных существует два типа поведенческих адаптаций. Это активный выбор мест с наиболее благоприятным температурным режимом и смена поз.
В первом случае насекомые, пресмыкающиеся и земноводные активно отыскивают освещенные солнцем места. Получив необходимое количество тепла, животные перемещаются в тень или прячутся в норах и поддерживают температуру за счет мышечных сокращений. У водных животных перемещение происходит между мелководными, хорошо прогреваемыми зонами и более глубоководными прохладными участками.
Смена поз позволяет изменять поверхность тела, прогреваемую солнечными лучами. Например, морские игуаны на Галапагосских островах рано утром или в пасмурную погоду принимают «распростертые» позы, всем телом прижимаясь к субстрату. Это обеспечивает максимальную поверхность обогрева солнцем. При перегреве они принимают «приподнятую» позу. Их грудь и передняя часть тела подняты над субстратом. Это уменьшает поверхность обогрева, и тело обдувается ветром.
Для гомойотермных животных также характерно адаптивное поведение. Оно проявляется в виде выбора мест для защиты от холода или жары, сезонных миграций. Животные могут зарываться в снег, образовывать тесные скопления особей для снижения энергозатрат на терморегуляцию и т. д.
Приспособления холоднокровных животных к холодному времени года – зиме
Это позволяет животным пережить зиму. В спячку впадают многие животные, например, медведь, черепаха, сурок.
Животные, обитающие там, где сухо и жарко, имеют другие приспособления. Так у верблюда есть целый ряд приспособлений. Части тела верблюда, которые соприкасаются с раскаленной до +70 °С почвой, снабжены мозолистыми образованиями, ослабляющими влияние температуры. Без воды верблюд может обходиться более 10 суток.
Все организмы приспособлены к среде своего обитания. За миллионы лет природа создала множество способов, с помощью которых животные и растения приспосабливаются к изменению продолжительности дня, к суровым морозам, жаре или недостатку влаги.
Почему животные приспосабливаются к окружающей среде?
Зачем звери впадают в спячку?
Почему некоторые животные активны только ночью?
Как животные могут жить в пустыне?
Почему и каким образом животные меняют цвет?
Пойкилотермные и гомойотермные организмы
В зависимости от способа терморегуляции выделяют две группы организмов: пойкилотермные и гомойотермные.
Пойкилотермные организмы (от греч. poikilos — изменчивый, меняющийся, therme — тепло) — организмы, температура тела которых непостоянна и изменяется вместе с температурой окружающей среды. К ним относятся все растения, грибы, протисты, беспозвоночные животные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся.
Гомойотермные организмы (от греч. homoios — одинаковый, сходный, therme — тепло) — организмы, способные поддерживать относительно постоянную температуру тела при изменении температуры окружающей среды. К ним относятся птицы и млекопитающие (в том числе человек). Гомойотермные организмы способны сохранять активность в широком диапазоне температур. Пойкило термные организмы впадают в оцепенение при низких температурах, а некоторые обитатели пустынь — и при высоких температурах.
Всегда ли гомойотермные организмы поддерживают постоянную температуру тела? Известно, что некоторые виды млекопитающих и птиц способны впадать в оцепенение, внешне сходное с холодовым оцепенением пойкилотермных животных. При этом температура их тела снижается практически до уровня температуры окружающей среды. Нерегулярное оцепенение наблюдается у ласточек, стрижей, многих грызунов, некоторых сумчатых в связи с резким похолоданием, дождями или снегопадами. Сезонное оцепенение, которое принято называть зимней спячкой, характерно для сурков, сусликов, ежей, летучих мышей, бурых медведей. Вышеназванные виды птиц и млекопитающих выделяют в отдельную группу гетеротермных животных (от греч. heteros — иной, другой, therme — тепло).
Адаптация животных к водной среде
Водоплавающие птицы
Водоплавающие птицы, такие как утки и лебеди, отлично приспособились к жизни в водной среде. У них развились специальные анатомические особенности, позволяющие им плавать и погружаться под воду. Например, у них есть перепонки между пальцами, которые помогают им легко передвигаться в воде. Они также имеют плавательные перья, которые помогают им плавать быстро и эффективно.
Рыбы
Рыбы являются наиболее очевидными примерами адаптации к водной среде. Они имеют специально вырастающие чешуи и жаберные крышки, которые позволяют им дышать под водой. Кроме того, у них есть плавники, которые помогают им маневрировать и двигаться в воде. Каждый вид рыб имеет свои уникальные адаптации, позволяющие им выживать в различных водных средах, будь то пресноводные озера, соленые моря или глубокие океаны.
Преимущества и недостатки.
Основное преимущество спячки и других рассмотренных состояний покоя состоит в том, что они позволяют существенно снизить энергозатраты. Даже если учитывать периодические пробуждения, млекопитающее во время зимней спячки тратит менее 15% того количества энергии, которая потребовалась бы ему для поддержания зимой нормальной температуры тела. Масштабы такой экономии, вероятно, лучше всего иллюстрирует тот факт, что многие впавшие в спячку звери в течение 5–7 месяцев существуют исключительно за счет жировых запасов, накопленных перед наступлением неблагоприятного сезона.
К потенциальным недостаткам долгосрочного оцепенения относится возможность гибели от истощения или иссушения организма. Опасность представляет также промерзание при экстремальном похолодании или недостатке энергетических резервов, необходимых для терморегуляции. В период глубокой спячки животные неподвижны, а значит, беззащитны перед хищниками. К отрицательным последствиям сезонной спячки относятся также ослабление иммунитета и атрофия скелетной мускулатуры.
Млекопитающие и птицы.
Раньше считалось, что сезонная спячка и оцепенение свойственны лишь небольшому числу млекопитающих и птиц, обитающих в условиях холодного климата. Однако постоянно обнаруживаются все новые гетеротермные виды, причем встречаются они от Арктики до тропиков.
Среди птиц в зимнюю спячку, сходную с наблюдаемой у млекопитающих, впадает американский белогорлый козодой (Phalaenoptilus nuttallii
). В периоды оцепенения температура его тела составляет ок. 5°
С, но каждые несколько суток на короткое время повышается. Суточная спячка у птиц довольно обычна и у дневных видов происходит ночью; к таким видам относятся, например, голуби, козодои, колибри, стрижи, ласточки, нектарницы и манакины. У многих птиц по ночам наблюдается т.н. «ночная гипотермия», т.е. небольшое (более слабое, чем во время суточной спячки) замедление физиологических процессов и снижение температуры тела. Последняя в этом случае падает примерно на 5°
С, а интенсивность метаболизма бывает чуть ниже уровня основного обмена или даже ему соответствует, что, однако, составляет около половины интенсивности метаболизма отдыхающей днем птицы. Ночная гипотермия отмечена у синиц, вьюрков, воробьев, белоглазок, медососов и многих других мелких пернатых.
Среди млекопитающих сезонная спячка известна у многих видов из всех трех подклассов. Она наблюдается у яйцекладущей (однопроходной) ехидны в Австралии и по крайней мере в двух семействах сумчатых – у австралийских поссумов-пигмеев (Burramyidae) и чилийского опоссума (Dromiciops australis
, семейство Microbiotheriidae) в Южной Америке. В подклассе плацентарных сезонная спячка известна у представителей отрядов насекомоядных (ежи), рукокрылых (насекомоядные летучие мыши) и грызунов (сони, сурки, бурундуки, суслики). По-видимому, летняя спячка свойственна некоторым мадагаскарским приматам. То, что принято считать зимней спячкой у крупных хищных (медведей, барсуков), на самом деле представляет собой принципиально иное физиологическое состояние и называется зимним сном или зимней анорексией (потерей аппетита). Температура тела в этом случае снижается всего на несколько градусов.
Суточная спячка широко распространена и среди небольших зверьков. Она известна в нескольких семействах сумчатых в Австралии (у хищных сумчатых, мелких поссумов) и Южной Америке (у мышевидных опоссумов). Из плацентарных в нее впадают насекомоядные (землеройки), летучие мыши, крыланы, приматы (мышиные лемуры), хищные (скунс, американский барсук), грызуны (белоногие хомячки, песчанки) и прыгунчиковые.
Физиологические изменения.
Во время оцепенения происходит не только снижение температуры тела и интенсивности метаболизма. Значительно сокращается частота сердечных сокращений – до 5–10 ударов в минуту. Хотя минутный сердечный выброс может уменьшиться на 98%, кровяное давление падает всего на 20–40%, поскольку со снижением температуры увеличивается вязкость крови. Более того, кровоснабжение сердца и т.н.«бурого жира», служащего источником энергии, даже улучшается. Дыхание у многих видов в состоянии спячки не равномерное, а состоит из чередующихся периодов полипноэ (учащенного поверхностного дыхания) и апноэ (отсутствия дыхания), которое может длиться более часа; в результате резко снижается поступление кислорода в организм.
Хотя во время оцепенения температура тела теплокровных животных может колебаться в зависимости от окружающих условий, как у эктотермных видов, терморегуляция у них не прекращается. Существует определенный температурный порог, ниже которого организм остывать не должен.
Приспособленность организмов
Приспособленность живых существ к среде обитания или адаптация — это комплекс характерных черт, помогающих выживать в определённых условиях и оставлять после себя полноценное здоровое потомство. Адаптация к окружающей среде возникает в ходе эволюции.
Появление приспособленности у растений и животных — характерное явление, но она проявляется далеко не сразу. В результате длительного эволюционного процесса появляются особи с особыми признаками, приспособленными к условиям внешней среды.
Рис. 1. Заяц-русак в степи.
За последние несколько тысяч лет разнообразие видов заметно убавилось. Виной тому стали ледниковые периоды, глобальное изменение климата, ухудшение экологической обстановки, варварская деятельность человека. В результате выживать стали наиболее приспособившиеся особи, и основная причина приспособляемости заключена в естественном отборе.
Морфологические адаптации
Они связаны с изменением строения тела. Например, появление перепонок между пальцами ног у водоплавающих животных (амфибий, птиц и др.), густого шерстного покрова у северных млекопитающих, длинных ног и длинной шеи у болотных птиц, гибкого тела у норных хищников (например, у ласки) и т. п. У теплокровных животных при продвижении на север отмечается увеличение средних размеров тела (правило Бергмана), что уменьшает относительную поверхность и теплоотдачу. У придонных рыб формируется плоское тело (скаты, камбала и др.). У растений в северных широтах и высокогорных районах часты стелющиеся и подушковидные формы, меньше повреждаемые сильными ветрами и лучше согреваемые солнцем в припочвенном слое.
Животные, способные пережить экстремальные температуры
Во многих местах на планете температура окружающей среды чрезвычайно высока, но некоторым животным удалось выжить, не пострадав от этого. Это случай помпеи червь (Альвинелла Помпежана), обитатель гидротермальных источников Мирового океана. Это животное способно выжить температура выше 80 ºC благодаря симбиозу с бактериями, которые населяют вашу кожу и защищают ее.
Еще одно удивительное животное — это пустынный муравей Сахара (Катаглиф биколор). Это единственный из всех видов муравьев, который продолжает выходить из-под защиты своего муравья в поисках пищи даже при наружных температурах. превышает 45 ºC. Это единственный вид муравьев, у которого такое поведение.
Выжить при высоких температурах так же трудно, как и при низких, когда почти все животные замерзают насмерть. Это не тот случай деревянная лягушка (Lithobates sylvaticus). Когда наступает холодная аляскинская зима, эти лягушки могут оставаться замороженными в температура ниже -18 ºC, возвращаясь к жизни через несколько месяцев. Они достигают этого благодаря накоплению глюкозы в тканях. Эта глюкоза служит криопротектором, предотвращая повреждение тканей из-за замерзания.
Еще один обитатель холодной Аляски, выдерживающий даже более низкие температуры, чем древесная лягушка, — это красный короед (Cucujus clavipes puniceu). Это животное может выдерживать отрицательные температуры за счет ниже -58 ºC. Они делают это, накапливая протеины и спирт, который действует как антифриз, а также уменьшая количество воды в вашем теле, делая эти протеины еще более концентрированными. Самое удивительное в этом животном то, что его личинки может выдержать температуры ниже -150 ºC без замораживания, претерпевает процесс стеклования при температурах ниже -50 ºC. Это делает его животным, которое больше всего переносит холода.
Приспособления к экстремальным условиям обитания
Растения и животные, обитающие в пустынях и полярных областях Земли, также приобретают ряд специфических адаптаций. У кактусов листья преобразовались в колючки (уменьшение испарения и защита от выедания животными), а стебель превратился в фотосинтезирующий орган и резервуар воды. Пустынные растения имеют длинную корневую систему, позволяющие добывать воду с большой глубины. Пустынные ящерицы могут обходиться без воды, поедая насекомых и получая воду путем гидролиза их жиров. У северных животных кроме густого меха имеется также большой запас подкожных жиров, уменьшающий охлаждение тела.
Суточная спячка.
Этот тип оцепенения широко распространен не только у млекопитающих, но и у птиц, и может происходить в любое время года. Замедление физиологических процессов при суточной спячке не столь значительно, как при сезонной. Температура тела обычно опускается примерно до 18°
С, хотя у некоторых видов падает и ниже 10°
С, а интенсивность метаболизма составляет около трети уровня основного обмена. Оцепенение такого рода длится всегда меньше суток. Виды, впадающие в зимнюю спячку, могут переживать такие же короткие эпизоды оцепенения в начале и в конце периода спячки, однако, судя по всему, физиологический механизм здесь иной, чем при суточной спячке, так как интенсивность метаболизма, как правило, снижается гораздо сильнее. В среднем животные с суточной спячкой мельче тех, у кого она сезонная: масса большинства из них составляет от 5 до 50 г.
Позвоночные животные, адаптированные к экстремальной засухе
Вода необходима для жизни, но не всем животным необходимо употреблять ее непосредственно для гидратации. В кенгуровые крысы (Dipodomys sp.) они не пьют всю свою жизнь. Это достигается благодаря двум механизмам: во-первых, они забирают воду из пищи, которую они едят, и, с другой стороны, внутри их тела происходят реакции, которые выделяют метаболическую воду.
Похожий случай — случай верблюды (Camelus sp.), а также обитатели, выживающие в пустынях. Верблюды получают воду из растительности, которую они глотают, но этого недостаточно. Когда верблюд получает воду в оазисах, они могут накапливать это на его горбине в виде жира. Это позволяет им выдерживать более месяца, не употребляя жидкости.
В целом жители пустыни хорошо приспособлены к нехватке воды, и у каждого из них есть сложные механизмы, позволяющие выжить без этого важного элемента
Если вы хотите прочитать больше статей, похожих на Животные, которые выживают в экстремальных условиях, рекомендуем вам зайти в наш раздел Любопытства животного мира.
- Кэмпбелл, Б. Дж., Стейн, Дж. Л., и Кэри, С. С. (2003). Доказательства хемолитоавтотрофии в бактериальном сообществе, связанном с Alvinella pompejana, полихетой из гидротермальных источников. Прил. Environ. Microbiol., 69 (9), 5070-5078.
- Ларсон, Д. Дж., Мидл, Л., Ву, Х., Чжан, В., Серианни, А. С., Думан, Дж., И Барнс, Б. М. (2014). Адаптация древесной лягушки к перезимовке на Аляске: новые ограничения морозостойкости. Журнал экспериментальной биологии, 217 (12), 2193-2200.
- Лайтон, Дж. Р. Б., и Венер, Р. (1993). Вентиляция и дыхательный обмен у термофильных пустынных муравьев Cataglyphis bicolor (Hymenoptera, Formicidae). Журнал сравнительной физиологии B, 163 (1), 11-17.
- Малага, Х. Б. З. и Кабрера, Р. С. (2017). Выделение и идентификация термофильных целлюлозолитических бактерий из природных гейзеров Кандарав-Такна. Наука и развитие, (18).
- Маллен, Р. К. (1971). Энергетический метаболизм и скорость оборота воды в организме двух видов свободноживущих крыс-кенгуру, Dipodomys merriami и Dipodomys microps. Сравнительная биохимия и физиология, (3), 379-390.
- Сформо, Т., Уолтерс, К., Жаннет, К., Ваук, Б., Фахи, Г. М., Барнс, Б. М., и Думан, Дж. Г. (2010). Глубокое переохлаждение, витрификация и ограниченная выживаемость до -100 ° C личинок аляскинского жука Cucujus clavipes puniceus (Coleoptera: Cucujidae). Журнал экспериментальной биологии, 213 (3), 502-509.
Температура как абиотический фактор среды
В природе одним из важных лимитирующих факторов среды является температура. Влияние температуры на большинство организмов проявляется в регулировании биохимических и физиологических процессов жизнедеятельности. Температура может влиять на характер поведения и географическое распределение организмов. Для температурного фактора характерны широкие географические, сезонные и суточные колебания. Пределами толерантности для любого вида являются температуры, при которых наступает денатурация белков. Это приводит к потере активности ферментов и необратимому изменению коллоидных свойств цитоплазмы. Диапазон переносимых температур у разных видов сильно варьирует, но, как правило, находится в пределах от 0 до +50 °C.