Причины мнимой смерти (анабиоза) у растительных и животных организмов
позволяющие пережить им неблагоприятные зимние условия.
О.К.Смирнова, учитель биологии высшей категории лицея №103, г. Ростова-на-Дону.
Цели: увеличить области познания учеников; научиться анализировать явление временного прекращение жизнедеятельности у живых организмов, использующих его как средство приспособиться и выжить в неблагоприятных условиях.
Оборудование: таблицы моллюсков, ракообразных, насекомых, рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как из-за низкой температуры, так и резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи; у других выработалось другое приспособление – миграция. Известны поразительно дальние перелёты многих видов птиц, миграции некоторых видов рыб и других представителей мира животных. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления – способность впадать в безжизненное на первый взгляд состояние, которое у различных видов животных проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приёма пищи. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые не в состоянии обеспечить себя пищей зимой и для них существует опасность гибели от холода и голода. И всё это выработанное в процессе эволюции, подчинено строгой природной целесообразности – необходимости сохранить вид.
Зимняя спячка – широко распространённое явление в природе, несмотря на то, что её проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые ещё и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой тела (гомойотермные), называемые ещё и теплокровными.
Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела- несколько видов птиц и многие виды млекопитающих.
Как зимуют улитки?
Из типа мягкотелых в зимнюю спячку впадают многие виды улиток (например, все наземные улитки). Встречающиеся садовые улитки впадают в зимнюю спячку в октябре, и она длится до начала апреля. После долгого подготовительного периода, в течение которого они накапливают в своём организме необходимые питательные вещества, улитки находят или выкапывают норки, чтобы несколько особей могли вместе перезимовать глубоко под землёй, где температура будет поддерживаться на уровне 7 - 8°С. Хорошо закупорив норки, улитки спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх. Затем они закрывают это отверстие, выпуская слизистое вещество, которое вскоре затвердевает и становится эластичным (похожим на плёнку). При значительном похолодании и недостатке питательных веществ в организме, улитки зарываются ещё глубже в землю и образуют ещё одну плёнку, таким образом создавая воздушные камеры, играющие роль прекрасного изолятора. Установлено, что во время продолжительной зимовки улитки теряют более 20% своего веса, причём самая большая потеря приходится на первые 25-30 дней. Это объясняется тем обстоятельством, что все процессы обмена веществ постепенно затухают, чтобы достигнуть того минимума, при котором животное впадает почти в состояние анабиоза с едва уловимыми жизненными функциями. Во время зимней спячки улитка не питается, дыхание почти прекращается. Весной, когда наступают первые тёплые дни и температура почвы достигает 8-10°С, когда начинает развиваться растительность и выпадают первые дожди, улитки вылезают из своих зимних убежищ. Тогда начинается интенсивная деятельность по восстановлению исчерпанных пищевых резервов в их организме; это выражается в поглощении огромного по сравнению с их телом количества пищи.
Водяные улитки прудовики тоже впадают в состояние зимней спячки – большинство из них зарывается в ил на дне водоёма, в котором они обитают.
Где зимуют раки?
Всем известна популярная в народе угроза: «Я тебе покажу, где раки зимуют!». Предполагают, что эта поговорка появилась во времена крепостного права, когда помещики, наказывая провинившихся крепостных мужиков, заставляли их ловить раков зимой. Между тем известно, что это почти невозможно, так как раки зимуют, глубоко зарывшись в ямы на дне водоёмов.
С точки зрения систематики класс ракообразных подразделяется на два подкласса – высшие и низшие ракообразные.
Из высших ракообразных речной, болотный и озёрный раки впадают в состояние зимней спячки. Самцы зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки – в одиночку в норках, причём они ещё в ноябре приклеивают к своим коротким ножкам оплодотворённые яйца, из которых лишь в июне вылупятся рачки величиной с муравья.
Из низших ракообразных интерес представляют водяные блохи (род Дафнии). Они откладывают, в зависимости от условий, два вида яиц – летние и зимние. Зимние яйца имеют прочную оболочку и образуются при наступлении неблагоприятных условий жизни. Для некоторых видов низших ракообразных высыхание и даже замерзание яиц являются необходимым условием для продолжения их развития.
Диапауза у насекомых.
По многочисленности видов насекомые превосходят все остальные классы. Их температура тела зависит от окружающей среды, оказывающей сильное воздействие на скорость жизненных воздействий, причём низкие температуры в значительной степени уменьшают эту скорость. При отрицательных температурах сильно замедляется или практически останавливается всё развитие насекомого. Это анабиотическое состояние, известное под названием «диапауза», представляет собой обратимую остановку процессов развития и вызывается внешними факторами. Диапауза наступает при возникновении неблагоприятных для жизни условий и продолжается всю зиму, пока с наступлением весны условия не станут более благоприятными.
Наступление зимнего сезона застаёт разные виды насекомых на разных стадиях их развития, в которых они и зимуют – в виде яиц, личинок, куколок или взрослых форм, но обычно каждый отдельный вид впадает в диапаузу на определённой стадии своего развития. Так, например, семиточечная божья коровка зимует во взрослом состоянии.
Характерно, что зимовке насекомых предшествует определённая физиологическая подготовка их организма, состоящая из накопления в их тканях свободного глицерина, который не допускает замерзания. Это происходит на той стадии развития насекомого, в которой они будут зимовать.
Ещё с наступлением первых признаков похолодания осенью насекомые находят удобные убежища (под камнями, под корой деревьев, под опавшей листвой в норках в почве и пр.), где после снегопада умеренно низкая и равномерная температура.
Продолжительность диапаузы у насекомых находятся в прямой зависимости от запасов жира в организме. Пчёлы не впадают в продолжительную диапаузу, но всё же при температуре от 0 до 6°С оцепеневают и в этом состоянии могут находится 7-8 дней. При более низкой температуре они погибают.
Интересно и то, как насекомые точно определяют момент, когда им следует выйти из анабиотического состояния. Учёный Н.И. Калабухов исследовал анабиоз у некоторых видов бабочек. Он установил, что продолжительность диапаузы у отдельных видов различная. Например бабочка павлиний глаз пребывала в состоянии анабиоза 166 дней при температуре 5,9°С, в то время как тутовому шелкопряду понадобилось 193 дня при температуре 8,6°С. По мнению учёного, даже различия в географическом районе оказывают влияние на продолжительность диапаузы.