Тема 4. Біологічні ритми організмів
§49. Які є біологічні ритми організмів
Природа – вічно мінлива хмара; ніколи не залишаючись однією і тією ж, вона завжди залишається сама собою.
Володимир Вернадський, видатний український учений, перший президент Української Академії наук
- Що таке екологічні фактори?
- Якою може бути природа екологічних факторів?
- Що таке фотоперіодизм?
- Що зумовлює припливи і відпливи?
Що таке біологічні пристосувальні ритми.
Ти вже знаєш, що на організми впливає одночасно цілий комплекс екологічних факторів як живої, так і неживої природи. Інтенсивність дії більшості з них періодично змінюється, й усі організми змушені пристосовуватись до таких змін. Дія одних екологічних факторів змінюється впродовж доби (наприклад, освітленість, морські припливи та відпливи), інших – упродовж різних сезонів року. Так у всіх мешканців нашої планети виникають різні типи пристосувальних біологічних ритмів.
Пристосувальні біологічні ритми – це періодичні зміни інтенсивності процесів життєдіяльності організмів або їхньої поведінки (у тварин).
Пристосувальні біологічні ритми пов’язані із періодичною зміною інтенсивності дії різноманітних екологічних чинників: освітленості, температури, вологи, припливів і відпливів тощо. Здебільшого пристосувальні біологічні ритми пов’язані з рухом планет (Земля обертається навколо Сонця, а Місяць – навколо Землі). Але вони можуть бути пов’язані також із явищем біологічного годинника. Це здатність організмів реагувати на плин часу. Це дає їм змогу добре пристосовуватись до змін інтенсивності дії тих чи інших екологічних чинників у навколишньому середовищі.
Явище «біологічного годинника» ти неодноразово відчував/-ла на собі. Для того щоб прокидатись вчасно в один і той самий час, ти зазвичай використовуєш будильник. Але через певний час можеш прокидатись і без його допомоги
Що таке добові ритми.
Одним з найважливіших екологічних чинників, які впливають на активність організмів, є довжина світлового періоду доби – фотоперіод. Він зумовлює періодичність процесів фотосинтезу, випаровування води рослинами, розкриття та закриття квіток тощо.
Від освітленості залежить добова активність тварин, яких поділяють на «нічних» і «денних». Ти добре знаєш, що внаслідок обертання Землі навколо своєї осі освітленість змінюється двічі на добу. Є тварини, які активні в сутінках і вночі, більшість тварин – активні в світлу частину доби (мал. 224, 1, 2). У представників «денної» групи зазвичай добре розвинений кольоровий зір, вони часто мають яскраве забарвлення (як-от денні метелики). Натомість у представників «нічної» групи кольоровий зір розвинений погано (мал. 224, 3). У тварин, які мешкають за відсутності світла (наприклад у печерах), органи зору розвинені слабо або можуть взагалі втрачатись (мал. 224, 3).
Мал. 224. Тварини і світло.
Порівняй забарвлення денного і нічного метелика. Чому, на твою думку, махаон має яскраве забарвлення, а совка соснова – блякле?
Зміна дня і ночі впливає на перебіг різних функцій організму тварин і людини, зокрема на інтенсивність процесів обміну речовин.
Цікаво. у людини зареєстрована залежність від часу доби майже 300 життєвих функцій. Потрапляючи в інший часовий пояс, людина це добре відчуває. Наприклад, коли у місцевих мешканців настає період сну, люди, які приїхали з іншого часового поясу, певний період не можуть заснути. На перебудову добових ритмів зазвичай потрібен певний час.
Які біоритми організмів зумовлює Місяць.
З певними фазами Місяця пов’язане розмноження деяких видів тварин, наприклад, представника багатощетинкових червів – тихоокеанського палоло, японських морських лілій.
На умови існування мешканців водойм впливає й пересування водних мас, зумовлене положенням Землі відносно Сонця і Місяця відносно Землі. Рух Місяця навколо Землі спричинює припливно-відпливні ритми. Особливо чітко вони виражені у мешканців припливно-відпливної зони. Під час відпливів вони закривають свої черепашки (як-от молюски), будиночки (ракоподібні – морські жолуді) (мал. 225), ховаються у пісок (певні види ракоподібних, риб) або мігрують у відкрите море (медузи, риби) тощо. Натомість на ділянках, які звільнилися від води, з’являються мешканці наземно-повітряного середовища (комахи, птахи тощо), що знаходять тут достатню кількість їжі (скупчення водоростей, рештки тварин та ін.). Під час припливів активність мешканців водойм поновлюється.
З періодами припливів і відпливів пов’язані й періоди розмноження певних видів тварин (мал. 226).
Яка роль сезонних ритмів у житті організмів та їхніх угруповань.
Одне з найбільш загальних явищ у природі – це сезонна періодичність. Сезонні ритми пов’язані з обертанням Землі навколо Сонця. Із певними сезонами пов’язані періоди розмноження організмів (переважно навесні), їхнього розвитку, стану зимового спокою, періоди линяння, міграції. У листопадних рослин у певні сезони (зазвичай восени) спостерігають явище листопаду – щорічної зміни листя (мал. 227).
Мал. 227. Сезонні явища у житті тварин і рослин.
Тварини та рослини пристосовуються до щорічних сезонних змін умов середовища життя, реагуючи на поступові зміни тривалості фотоперіоду. Так, зростання тривалості світлового періоду доби стимулює пробудження тварин після зимової сплячки, парування тощо. Натомість його скорочення дає організмам сигнал про те, вже час готуватись до зимівлі.
Реакція організмів на зміну довжини фотоперіоду дістала назву фотоперіодизм.
Позмагайтеся, яка група назве більше пристосувань різних тварин (ссавців, птахів, земноводних, комах) до сезонних змін у природі.
Тривалість світлового періоду доби є найбільш стабільним з-поміж інших екологічних факторів. Вона завжди постійна в певному місці в даний день року, тоді як інтенсивність дії інших чинників (температури, вологості тощо) може коливатись у значних межах щодобово.
Довжина світлового дня впливає не лише на процеси життєдіяльності окремих особин, але й на функціонування екосистем в цілому, визначаючи закономірні сезонні заміни одних видів іншими (наприклад, тюльпани в степах і пустелях цвітуть і дають насіння навесні, потім їхні наземні частини відмирають, а цибулини залишаються в ґрунті в неактивному стані до наступної весни). Одні види перелітних птахів улітку входять до складу екосистем помірного клімату (як-от серпокрильці), узимку – тропічних і субтропічних, де на той час сприятливі умови життя.
Цікаво. Дослідження фотоперіодичних реакцій організмів має також важливе практичне значення. Змінюючи тривалість світлового періоду в умовах штучного утримання свійських тварин і культурних рослин, можна підвищувати продуктивність рослин, стимулювати розмноження й ріст тварин тощо.
Різні види організмів можуть різними шляхами пристосовуватись до сезонних змін у довкіллі. Одні види організмів переживають несприятливі умови в неактивному стані (впадають у сплячку, скидають листки тощо), інші намагаються зберігати активність протягом усього року. При цьому вони здатні регулювати власні процеси життєдіяльності залежно від змін умов довкілля. Наприклад, температура тіла птахів і ссавців залишається постійною навіть за сильних морозів або в спекотну погоду, але вони витрачають на це значні запаси енергії. Багато видів організмів (птахів, ссавців тощо) уникають несприятливих змін умов існування за допомогою міграції та кочівлі.
1. З допомогою вчительки/вчителя з’ясуйте: 1. Як тварини вашої місцевості готуються до періоду низьких температур і переживають зиму? 2. Як рослини готуються до зими? 3. Підготуйте один з мініпроєктів: «Як живуть організми на березі морів чи океанів між припливами»; «Як птахи здійснюють тривалі перельоти без допомоги GPS»; «Таємниці життя денних і нічних тварин»; «Пристосування організмів до змін пір року».
Коротко про головне
- Пристосувальні біологічні ритми є прикладом здатності організмів та їхніх угруповань пристосовуватись до періодичних змін інтенсивності дії різних екологічних факторів.
- Обертання Землі навколо власної осі зумовлює добові ритми, Місяця навколо Землі – припливно-відпливні, а обертання Землі навколо Сонця – сезонні.
- Заздалегідь підготуватись до сезонних змін організмам дає змогу явище фотоперіодизму – реакції на зміну тривалості світлої частини доби.
Перевіряємо себе
- Що таке біологічні пристосувальні ритми? Які типи біологічних пристосувальних ритмів ти знаєш?
- Яку роль відіграє явище «біологічного годинника» для забезпечення нормального функціонування нашого організму?
- Чим зумовлені добові та припливно-відпливні ритми?
- Як здатність організмів сприймати зміни тривалості світлової частини доби допомагає організмам готуватись до сезонних змін у навколишньому середовищі?
- Оціни свою роботу на уроці, продовж речення: По завершенню уроку я: Дізнався/-лась…; Зрозумів/-ла…; Найбільші труднощі я відчув/-ла…; Я не вмів/-ла, а тепер вмію … .