Виды внутренних ритмов
Суточный ритм
Большинство животных сталкивается с различными условиями днем и ночью. Такие изменения действуют на них как прямо, так и косвенно. Например, под влиянием колебаний температуры, освещенности и т. п. могут меняться доступность пищи и число хищников.
Наиболее очевидные те биологические ритмы, которые соотносятся с природным суточным циклом – сменой дня и ночи внутри 24-часового периода. Это так называемые циркадные ритмы.
Циркадианными называют эндогенные ритмы, которые обычно короче суток. Эти ритмы проявляются даже в том случае, когда внешние воздействия среды не меняются и искусственно сделаны постоянными.
Цирканнуалъными ритмами называются эндогенные ритмы с периодом, как правило, менее 365 дней.
При изменении состояния внешней среды циркадные ритмы проявляются в организме и остаются еще некоторое время, тогда как нециркадные исчезают.
Например, в каждом суточном цикле саранча активна на протяжении светлого времени и пассивна в темноте. Внешне это похоже на настоящий циркадный ритм, но, если поместить саранчу в условия постоянного света или постоянной темноты, обычный для насекомых ритм активности быстро исчезает. В том же суточном цикле американский таракан активен только первые несколько часов темноты. Если это насекомые содержится при постоянном освещении или в темноте, то его поведение показывает, что действующий циркадный ритм является эндогенным (изнутри).
Приспосабливаясь к различиям условий днем и ночью, животное производит суточное распределение активности, представленной многими видами поведения, которые в совокупности образуют распорядок, повторяющийся с небольшими отклонениями изо дня в день. Можно заметить, что каждый вид - активности имеет тенденцию следовать типичному суточному ритму. Самые важные суточные изменения во внешней среде — это изменения освещенности и температуры, поэтому дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) — период бодрствования наступает с темнотой. Ритмы покоя и активности широко распространены в животном мире.
Суточные ритмы физической внешней среды делают некоторые виды активности выгодными в одно время и невыгодными в другое. Многое зависит от общей экологии данного вида. Животное, адаптированное к среде, придерживается такого суточного распорядка, который максимально увеличивает ценность разных видов его активности для выживания. Отчасти это означает наилучшее использование предоставляющихся возможностей.
Например, распространенная в Европе пустельга, дневной хищник, нападает главным образом на мелких млекопитающих. Эта птица обнаруживает добычу с помощью зрения и успешнее всего охотится при хорошем освещении. В полевых исследованиях установлено, что пустельга хватает добычу весь день, но не всегда тут же поедает ее. Она прячет избыток пищи в случайно выбранных местах своего охотничьего участка. Это происходит в течение всего дня. Спрятанная пища обычно извлекается в сумерках, что позволяет пустельге максимально использовать для охоты светлую часть суток, не тратя слишком много времени на еду. Кроме того, если бы птица сразу съедала всю добычу, она становилась бы слишком тяжелой и, вероятно, эффективность ее охоты была бы снижена
Годичные (сезонные) биоритмы
Годовые ритмы приспосабливают организмы к сезонной смене условий. В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс – размножение и выращивание молодняка – приходится на наиболее благоприятный сезон. Эта периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная, т. е. проявляется как внутренний годовой ритм. Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна. Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через ряд поколений.
Многолетние ритмы
Многолетние биологические ритмы обусловливаются циклическими колебаниями климата и других условий существования (в связи с изменением солнечной активности и других космических или планетарных факторов); такие биологические ритмы совершаются в популяциях и биоценозах и выражаются в интенсивности размножения и колебания численности отдельных видов — массовые размножения перелетной саранчи, бабочек, мышевидных грызунов, в расселении популяции в новые места или вымирании её части. Эти явления — суммированный результат циклических изменений популяций и биоценозов и колебаний условий их существования, главным образом климата.
Ритмическая активность также может быть лунной.
Лунная ритмическая активность
Имеются также данные, что некоторые животные реагируют на движение луны и звезд. Многие животные сохраняют ритмическую активность и при изоляции в лаборатории, что говорит о наличии у них эндогенных часов. Однако при этом не исключено, что они реагируют на какой-то экзогенный фактор. Поскольку эндогенные ритмы имеют тенденцию постепенно отклоняться от экзогенного цикла (например, суточных изменений освещения или температуры), организм должен обладать способностью синхронизовать свой эндогенный ритм с периодическими внешними явлениями.
Так, например, когда ящериц (Lacerta sicula) выводят в инкубаторе при температурном и световом режимах, соответствующих 16- или 36-часовым «суткам», они развиваются нормально и имеют нормальные циркадианные ритмы активности при проверке в постоянных лабораторных условиях. Следовательно, циркадианный ритм этих животных эндогенный и не зависит от индивидуального опыта жизни при том или ином цикле смены дня и ночи. Температурный цикл с 24-часовым периодом и амплитудой 0,6°С - достаточно эффективный времязадатель, захватывающий ритм активности ящериц.
В целом создается мнение, что у многих животных, от одноклеточных до сложно устроенных многоклеточных, в ходе эволюции развилось чувство времени, основанное на действии эндогенных часов, захватываемых экзогенными ритмами. Как видно с земли, луна движется по такому же пути, как и солнце, и с каждым днем восходит на 50 мин позднее, из-за чего иногда видна среди дня, а иногдатолько ночью. Известно, что лунный цикл, равный 29,5 сут, влияет на самые разные стороны поведения животного. У тихоокеанского червя палоло репродуктивная активность приурочена только к квадратурным приливам последней четверти луны в октябре и ноябре. В лабораторных условиях черви образуют гаметы в этот же срок, т.е. их репродуктивное поведение, вероятно, контролируется эндогенными часами. Лунные ритмы известны и для наземных животных. Например, летучие мыши крыланы на Ямайке распределяют время своего кормления так, что в новолуние покидают дневные укрытия вечером и питаются в течение всей темной ночи. А в полнолуние они вылетают из дневных укрытий в это же время, но возвращаются тогда, когда луна поднимается высоко, даже если ее заволакивают тучи. Это говорит о том, что для распределения фуражировки во времени они пользуются эндогенными лунными часами.