Суточные и сезонные ритмы птиц

4.3. Примеры адаптаций

4.3.2. Биоритмы

Биоритмы – другой характерный пример адаптаций организмов к изменениям условий среды, которые помогают регулировать температуру тела. Они заключаются в закономерных периодических изменениях физиологии или поведения организмов при смене времени суток, сезонов года, приливов и отливов, лунных фаз.

Суточные биоритмы ярко выражены у животных и человека: время активной деятельности и отдыха у разных видов не совпадает. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) период бодрствования наступает с темнотой. С суточным биоритмом связаны десятки физиологических показателей (пульс, артериальное давление, температура тела и др.), от которых зависит активность организма.

Под влиянием приливов и отливов меняется поведение организмов планктона, бентоса мелководий, в период отливов моллюски закрывают раковины или зарываются в песок.

Суточные биоритмы проявляются и у растений. Так у многих видов цветки закрываются на ночь, у некоторых видов в течение суток изменяется положение листьев. У туранговых тополей, растущих в поймах пустынных рек, в период солнцепека листья поворачиваются ребром к солнцу, и потому под такими деревьями днем не бывает тени. Подобным образом может изменяться положение листьев и у некоторых деревьев умеренной полосы, например, у липы. У лотоса листья днем приподнимаются над водой на несколько сантиметров, но ночью «плавают» на ее поверхности так же, как листья кувшинки и кубышки. У клевера лугового листья на ночь складываются таким образом, что снаружи оказываются их нижние поверхности. Только ночью открываются устьица у кактусов.

Сезонные биоритмы ярко выражены и у животных, и у растений, особенно в районах со значительными изменениями климата по сезонам года (в дождевых тропических лесах, где тепло и идут дожди круглый год, эти изменения сглажены). Со временами года связаны ритмы размножения животных и их миграций (в первую очередь перелетных птиц), наступление фенологических фаз развития растений (бутонизация, цветение, плодоношение, сбрасывание листьев деревьев на зиму в умеренных широтах или в сухой жаркий период в сухих тропиках).

У животных, остающихся зимовать в холодном климате, повышается степень теплоизоляции тела. Так теплоизолирующая способность зимней «шубы» бурого медведя на 93% выше, чем летней.

Биоритмы организмов, связанные с изменением длины светового дня, называются фотопериодизмом. Так уменьшение длины дня – сигнал для подготовки растений к зиме (а птиц – к перелетам). За счет искусственного освещения, имитирующего длинный день, организмы могут быть «сбиты с толку». В частности, описаны случаи вымерзания в городах деревьев, если они росли рядом с фонарями (Горышина, 1991). Они оказывались неподготовленными к зиме (у них не накапливались «биологические антифризы» в клетках).

Контрольные вопросы

1. Расскажите о суточных биоритмах растений и животных.

2. Приведите примеры сезонных биоритмов животных и растений.

3. Что такое фотопериодизм у растений?

Биологические ритмы в живой природе

Каждую весну распускается зеленая листва, каждую зиму выпадает снег. С восходом солнца растения раскрывают свои цветы, первый луч падает на зеленый лист и запускает процессы фотосинтеза. Перелетные птицы осенью собираются в теплые края, белка запасает спелые орехи, а медведь и еж ищут укрытие поудобнее, чтобы пережить неблагоприятное холодное и голодное зимнее время.

Изучая поведение животных в природе, внимательный наблюдатель замечает, что птицы начинают готовиться к перелету с первыми признаками приближающейся осени. Хозяин таежных лесов медведь начинает искать место для спячки еще до того, как ударят первые морозы и снегопады заметут лесные тропы.

И горе тому животному, которое не успеет до холодов. Без помощи человека оно обречено на гибель, как Серая шейка в одноименной детской сказке. Медведь, поднятый среди зимы из берлоги, получает прозвище медведь-шатун. Злой, голодный, ходит по лесу, нагоняя страх на охотников, но и он обречен на мучительную гибель от голода. Мясом такого погибшего зверя брезгуют даже падальщики…

Можно заметить, что еще до появления первых признаков смены сезона, поведение животных меняется. И это не зря. Таким образом природа позволяет живым организмам заблаговременно подготовиться к грядущим переменам в природе и предупредить стресс, связанный с перестройкой сложных биохимических процессов и физиологических функций во время действия неблагоприятного фактора с помощью биологических ритмов организма.

Определение понятия биоритмы

Биоритмы — сформированная в ходе эволюции модель приспособления, проявляющаяся в виде повторяющихся изменений характера и степени выраженности биохимических и физиологических реакций, характеризующая способность живых существ выживать в периодически изменяющихся условиях среды.

Способность организма изменять процессы жизнедеятельности под влиянием условий внешней среды генетически обусловлена и характерна всем живущим организмам. Она характерна не только отдельным клеткам, но и целым популяциям.

Биологические ритмы организма человека сформировались за миллионы лет эволюции и определяются движением планеты Земля.

Выделяют:

годовые циклы — обусловленные движением планеты вокруг Солнца;
месячные — зависящие от движения Луны вокруг Земли и их совместным вращением вокруг Солнца;
суточные — привязанные к вращению планеты Земля вокруг собственной оси.

Влияние этого ритмического рисунка накладывается на всех обитателей (растения, домашние и дикие животные, многоклеточные и одноклеточные организмы) на нашей удивительной планете. И человек – не исключение. Испокон веков он живет в сложной системе биоритмов, от изменяющихся за несколько секунд молекулярных, происходящих в живой клетке и обеспечивающих процессы энергетического обмена, до длительных годовых, связанных с движением Земли вокруг Солнца.

ссылки

Мелисса Майнц (2017). Что суточное значит для птиц. Получено с thespruce.com.
Википедия (2018). Diurnality. Получено с en.wikipedia.org.
Джон В. Форрестер, Эрик Перлман (2016). Анатомия глаза и / или наука прямая. Восстановлено с sciencedirect.com.
Беатрис Гвардиола-Леметр, Мария Антония Кера-Сальва (2011). Мелатонин и регуляция сна и циркадных ритмов. Наука прямая. Восстановлено с sciencedirect.com.
Яшода (2016). Разница между ночными и суточными животными. Восстановлено от pediaa.com.
Oster, Avivi A, Joel A, Albrecht U, Nevo E. (2002). Переход от суточной к ночной активности у S. ehrenbergi сопровождается разобщением светового потока и циркадных часов. NCBI. Получено с ncbi.nlm.nih.gov.
Радо, Рони, Шанас, Ури, Зури, Идо, Теркель, Джозеф. (2011). Сезонная активность у слепой родинки (Spalax ehrenbergi). Канадский журнал зоологии. Исследовательские ворота. Получено с researchgate.net.
Сиобхан Бэнкс, Элисон Коутс (2015). Циркадное смещение и метаболические последствия Наука прямая. Восстановлено с sciencedirect.com.
Леггетт, Кит. (2009). Суточная активность обитающих в пустыне слонов на северо-западе Намибии. Pachyderm. Исследовательские ворота. Получено с researchgate.net.
Дениз Э. Лукач, Мелани Поулин, Хейли Бесенталь, Отто К. Фад, Стивен П. Миллер, Джеймс Л. Аткинсон, Эстер Дж. Финеган (2016). Дневные и ночные периоды активности Бюджеты Азии
Слоны (Elephas maximus) в зоологическом парке Поведение и познание животных. Получено с сайта animalbehaviorandcognition.org.
Флоридский музей естественной истории (2017). «Ночные листовки или экскурсанты? Исследование проливает свет на то, когда бабочки, бабочки активны «. ScienceDaily. Получено с сайта sciencedaily.com.

Примеры ритмов в живых организмах

Ритмичность является важной характеристикой живых организмов и проявляется на разных уровнях и в разных формах. Вот несколько примеров ритмов, наблюдаемых в жизни многих организмов:

Циркадные ритмы: это ритмы, которые повторяются примерно один раз за 24 часа. Один из наиболее известных примеров циркадных ритмов — это суточный цикл активности и покоя у многих животных, включая людей. Другие примеры включают сезонные циркадные ритмы, такие как миграция птиц и изменение активности некоторых животных в зависимости от времени года.
Биологические часы: в живых организмах есть внутренние механизмы, обеспечивающие регуляцию различных биологических процессов. Эти механизмы называются биологическими часами. Например, часы сна и бодрствования у людей и животных контролируются биологическими часами. Они регулируют уровень гормонов, температуру тела и другие физиологические параметры в течение суток.
Ритмы дыхания и сердечного ритма: дыхание и сердцебиение также являются ритмичными процессами. Они регулируются нервной системой и обеспечивают постоянный поступок кислорода и питательных веществ в организм, а также удаление отходов.
Развитие организма: многие организмы проходят через ритмичные этапы развития, такие как фазы роста, размножения и старения. Например, у человека есть ритм прорезывания зубов, половое созревание и менопауза.
Биолюминесценция: некоторые организмы способны излучать свет. Этот процесс может быть ритмичным, например, у морских дождевиков и огненных мух.
Ритмы сезонного изменения: многие жизненные процессы у животных и растений меняются в зависимости от сезонов года. Например, изменение окраски листьев в осеннее время или сезонные миграции животных.
Ритмы питания: многие организмы имеют ритмичное поведение в отношении питания. Например, ночное время выделяется для поиска пищи уночи или дневная активность у людей и животных, чтобы найти и потреблять пищу при свете.

Это только несколько примеров ритмичности в живых организмах. Ритмы играют важную роль в регуляции жизнедеятельности и обеспечивают поддержание гармонии и равновесия в организмах.

черты

Острота зрения

Суточные животные обладают отличной остротой зрения. Кроме того, они могут различать цвета, потому что в их глазах есть специализированные клетки, называемые шишками. Эти структуры не очень чувствительны к свету, но они чувствительны к цветам.

В подавляющем большинстве видов, составляющих эту группу, есть два типа колбочек, спектрально отличающихся друг от друга. Один из них очень чувствителен к коротким волнам, а другой очень чувствителен к длинным волнам..

Тем не менее, у некоторых приматов с суточными привычками и у людей есть третий тип колбочек, известный как трихроматическая сетчатка.

Многим суточным животным, таким как некоторые птицы и бабочки, требуется четкое видение окружающей среды, которая окружает их, чтобы найти свою еду и распознать хищников. Орел может различить малейшее движение своей жертвы, хотя он далеко.

Факторы окружающей среды

В окружающей среде существуют элементы, которые влияют на суточную активность

Принимая во внимание гипотезу циркадной термоэнергетики (CTE), те животные, которые потребляют больше энергии, чем потребляются, во время сна и еды, будут более активными в течение дня

Некоторые виды меняют свои циклы в зависимости от сезона. Примером этого является слепая родинка (Спалакс Эренберги). Его локомоторная суточная картина имеет пики активности летом между 8 утра и 1 днем.

Зимой поведение отличается; активен между 11 утра и 7 вечера, став ночным млекопитающим.

Хронобиология

Исследование ритмических колебаний биохимических и физиологических процессов в живых организмах в зависимости от суточных, годовых, либо лунных циклов продолжаются со Средневековья до наших дней. Прорывом в исследованиях стали опыты Е.А. Форсгрена, шведского физиолога, который в уникальных опытах на лабораторных кроликах выявил суточные колебания в клетках печени уровня гликогена — сложного полисахарида, участвующего в энергетическом обмене.

Лишь в 1960 году на симпозиуме в Cold Spring Harbor Laboratory, после того, как доклады исследователей, представляющих различные отрасли науки, были заслушаны, выяснилось, что ученые из разных областей физиологии, биологии, генетики, биохимии описывали одни и те же феномены, связанные с изменением активности процессов во времени, и приняли решение выделить хронобиологию как отдельную науку.

Исследование биохимических процессов продолжается. В настоящее время ученые выделяют около 300 различных биохимических и физиологических процессов в организме человека, активность которых изменяется на протяжении времени и регулярно чередуется, имея свои минимумы и максимумы значений.