Сезонность
Сезонность - это общее явление в живой природе, вызванное изменениями факторов неживой природы в течение года. Это явление особенно ярко проявляется в регулярной смене времен года в умеренных и северных широтах. Весной и летом большинство животных размножается, дает потомство, а к концу лета и осенью у них идет подготовка к перенесению условий зимы.
Приспособления холоднокровных животных к зимовке
Холоднокровные животные (например, насекомые, земноводные, пресмыкающиеся) переносят зиму в неактивном состоянии зимнего покоя. В их организме происходят изменения, которые начинаются заблаговременно с лета. К осени у них увеличиваются запасы питательных веществ, за счет которых в замедленном темпе поддерживается обмен веществ. В их клетках уменьшается количество воды. Несмотря на такую подготовленность, многие холоднокровные животные зимуют в убежищах, в которых суровые условия зимы проявляются менее резко.
Приспособления теплокровных животных к зимовке
Теплокровные животные - птицы и млекопитающие. Они обладают меньшей способностью к переохлаждению, чем холоднокровные. Постоянная температура тела обеспечивается у них высокой интенсивностью обмена веществ. Для поддержания температуры на одном уровне у них возникают такие особенности, как теплоизолирующие покровы (пуховой, перьевой, волосяной), жировые отложения и др. Чтобы уменьшить теплоотдачу в зимних условиях, у них происходит осенняя линька - смена летнего меха у млекопитающих и оперения у птиц на более густое, зимнее.
Теплокровные животные не впадают в состояние зимнего покоя, если они могут прокормить себя зимой. Млекопитающие, не способные к добыванию корма в зимних условиях, впадают в спячку. Спячка - это состояние пониженной жизнедеятельности, наступающее у теплокровных животных в тех случаях, если пища становится малодоступной и сохранение высокой активности и интенсивного обмена веществ невозможно. Перед спячкой животные накапливают в организме питательные вещества, в основном жиры до 40 % массы тела, и устраиваются в убежище.
Птицы, которые не способны обеспечить себя пищей в зимних условиях, улетают в теплые края, где они находят обильный корм.
Регуляция сезонных изменений в жизни животных
Бросается в глаза наличие связей сезонных изменений в жизни животных с сезонным ходом температуры. Весной, когда наступает тепло, прилетают перелетные птицы, пробуждаются от спячки млекопитающие, выходят из состояния оцепенения холоднокровные животные. Осенью с наступлением холодов у них происходит все наоборот. Однако подготовка животных к зимовке начинается еще летом, когда для них имеются благоприятные температурные условия. Значит, не температура регулирует сезонные изменения в организме. Установлено, что основным регулирующим фактором сложных сезонных изменений в жизни животных и растений является не смена годовых температур, а закономерные годичные изменения в продолжительности дня, не подверженные случайным колебаниям, как, например, температура. Изменения длины дня в течение года служат сигналом, определяющим будущие сезонные изменения в организме.
Приспособление организмов к сезонным изменениям в природе. ФотопериодизмСезонная периодичность относится к числу наиболее общих явлений в живой природе. Она особенно ярко выражена в умеренных и северных широтах. В основе внешне простых и хорошо знакомых нам сезонных явлений в мире организмов лежат сложные приспособительные реакции ритмического характера, которые выяснены сравнительно недавно.
Сезонность в природе
В качестве примера рассмотрим сезонную периодичность в центральных районах нашей стра ны Щ. Здесь ведущее значение для растений и животных имеет годовой ход температуры. Период, благоприятный для жизни, продолжается около шести месяцев.
Признаки весны появляются, как только начинает сходить снег. Еще не распустив листья, зацветают некоторые ивы, ольха, лещина; на проталинах даже сквозь снег пробиваются ростки первых весенних растений; прилетают перелетные птицы; появляются перезимовавшие насекомые.
В середине лета, несмотря на благоприятную температуру и обилие осадков, рост многих растений замедляется или полностью прекращается. Уменьшается количество цветущих растений. Заканчивается размножение птиц. Вторая половина лета и ранняя осень — период созревания плодов и семян у большинства растений и накопления питательных веществ в их тканях. В это время уже заметны признаки подготовки к зиме. У птиц и млекопитающих начинается осенняя линька, перелетные птицы сбиваются в стаи.
Еще до прихода устойчивых морозов в природе наступает период зимнего покоя.
Состояние зимнего покоя
Зимний покой не просто остановка развития, вызванная низкой температурой, а очень сложное физиологическое приспособление. У каждого вида состояние зим него покоя наступает лишь на определенной стадии развития. Так, у растений (в зависимости от вида) зимуют семена, надзем ные и подземные части с покоящимися почками, а у некоторых травянистых растений — прикорневые листья. На разных стадиях развития наступает зимний покой у насекомых. Малярийный комар и бабочки-крапивницы зимуют в стадии взрослого насекомого, бабочки-капустницы — в стадии куколки, непарный шелкопряд — в стадии яйца.
Зимующие стадии растений и животных имеют много сходных физиологических особенностей. Значительно снижена интенсивность обмена. Ткани организмов, находящихся в состоянии зимнего покоя, содержат много запасных питательных веществ, особенно жиров и углеводов, за счет которых поддерживаются сниженные процессы обмена в течение зимовки. Обычно уменьшается количество воды в тканях, особенно в семенах, зимних почках растений. Благодаря всем этим особенностям покоящиеся стадии способны длительно переживать суровые условия зимовки.
Причины биологических ритмов. Фотопериодизм
У каждого вида в процессе эволюции выработался характерный годичный цикл интенсивного роста и развития, размножения, подготовки к зиме и зимовки. Это явление получило название биологического ритма. Совпадение каждого периода жизненного цикла с соответствующим временем года имеет решающее значение для существования вида.
Наиболее заметна связь всех физиологических явлений у организма с сезонным ходом температуры. Но хотя она влияет на скорость жизненных процессов, все же не служит главным регулятором сезонлых явлений в природе. Биологические процессы подготовки к зиме начинаются еще летом, когда температура высока. Насекомые при высокой температуре все-таки впадают в зимующее состояние, у птиц наступает линька и появляется стремление к перелету. Следовательно, какие-то другие условия, а не температура влияют на сезонное состояние организма.
Главным фактором регуляции сезонных циклов у большинства растений и животных является изменение продолжительности дня. Реакция организмов на продолжительность дня получила название фотопериодизма. Значение фотопериодизма видно из опыта, показанного на рисунке Щ
При искусственном круглосуточном освещении или продолжительности дня более 15 ч сеянцы березы растут непрерывно, не сбрасывая листьев. Но при освещении в течение 10 или 12 ч в сутки рост сеянцев даже летом прекращается, вскоре происходит сбрасывание листьев и наступает зимний покой, как под влиянием короткого осеннего дня. Многие наши листопадные древесные породы: ива, белая акация, дуб, граб, бук — при длинном дне становятся вечнозелеными.
Продолжительность дня определяет не только наступление зимнего покоя, но и другие сезонные явления у растений. Так, длинный день способствует образованию цветков у большинства наших дикорастущих растений. Такие растения называют длинно дневными. Из культурных к ним относятся рожь, овес, большинство сортов пшеницы и ячменя, лен. Однако некоторые растения, преимущественно южного происхождения, например хризантемы, георгины, для цветения нуждаются в коротком дне. Поэтому они зацветают у нас лишь в конце лета или осенью. Растения такого типа называют короткодневными.
Сильно сказывается влияние длины днр и на животных. У насекомых и клещей длина дня обусловливает наступление зимнего покоя. Так, при содержании гусениц бабочки-капустницы в условиях длинного дня (более 15 ч) из куколок вскоре выходят бабочки и без перерыва развивается последовательный ряд поколений. Но если гусениц содержать при дне короче 14 ч, то даже весной и летом получаются зимующие куколки, которые не развиваются в течение нескольких месяцев, несмотря на достаточно высокую температуру. Подобный тип реакции объясняет, почему в природе летом, пока день длинный, у насекомых может развиваться несколько поколений, а осенью развитие всегда останавливается на зимующей стадии.
У большинства птиц весенний, удлиняющийся день вызывает развитие половых желез и проявление гнездовых инстинктов. Осеннее сокращение дня вызывает линьку, накопление запасных жиров и стремление к перелету.
Длина дня является сигнальным фактором, определяющим направление биологических процессов. Почему именно сезонные изменения длины дня приобрели такое большое значение в жизни живых организмов?
Изменение длины дня всегда тесно связано с годовым ходом температуры. Поэтому длина дня служит точным астрономическим предвестником сезонных изменений температуры и других условий. Это объясняет, почему у самых разных групп орга низмов умеренных широт под влиянием движущих сил эволюции сформировались специальные фотопериодические реакции — приспособления к климатическим изменениям в различное время года.
Фотопериодизм — это общее важное приспособление, регулирующее сезонные явления у самых разных организмов.
Биологические часы
Изучение фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длительности. Реакция организмов на продолжительность дня и ночи показывает, что они способны измерять время, т. е. обладают какими-то "биологическими часами". Эту способность имеют все виды живых существ, от одноклеточных до человека.
"Биологические часы", кроме сезонных циклов, управляют многими другими биологическими явлениями, природа которых еще недавно оставалась загадочной. Они определяют правильный суточный ритм как активности целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений.
Управление сезонным развитием животных и растений.
Выяснение роли длины дня и регуляции сезонных явлений открывает большие возможности для управления развитием организмов.
Различные приемы управления развитием используют при круглогодичном выращивании на искусственном свету овощных культур и декоративных растений, при зимней и ранней выгонке цветов, для ускоренного получения рассады. Предпосевной обработкой семян холодом достигают колошения озимых культур при весеннем посеве, а также цветения и плодоношения уже в первый год многих двулетних растений. Увеличивая длину дня, удается повысить яйценоскость птиц на птицефермах.
Сезонные изменения включают глубокие сдвиги в организме под влиянием изменений питания, температуры окружающей среды, лучистого солнечного режима и под влиянием периодических изменений эндокринных желез, связанных главным образом с размножением животных. Сам вопрос о факторах внешней среды, определяющих сезонную периодику, чрезвычайно сложен и до настоящего времени полного разрешения не получил; в формировании сезонных циклов приобретают большое значение сдвиги в функциях половых желез, щитовидной железы и др., имеющие очень устойчивый характер. Изменения эти, хорошо устанавливаемые морфологически, очень устойчивы в своем последовательном развитии для разных видов и сильно усложняют анализ влияния физических факторов, вызывающих сезонную периодику.
Сезонные изменения в организме включают и реакции поведения. Они заключаются либо в явлениях миграций и кочевок (см. ниже), либо в явлениях зимней и летней спячки, либо, наконец, в разнообразной деятельности по постройке нор и убежищ. Между глубиной нор некоторых грызунов и зимним понижением температуры существует прямая зависимость.
Огромное значение для суммарной суточной активности животного имеет режим освещения. Поэтому сезонную периодику невозможно рассматривать вне широтного распространения организмов. На рисунке 22 приведены сезоны размножения у птиц в разных широтах северного и южного полушарий. Видны четко сдвинутые на более ранние месяцы сроки размножения при передвижении с севера на юг в Северном полушарии и почти зеркальное отображение этих отношений в Южном. Подобные же зависимости известны и для млекопитающих, например для овец. Здесь рассматриваются в основном
физиологические изменения в организме, происходящие в умеренном климате средних широт Северного полушария. Наибольшие изменения в организме в течение сезонов года касаются системы крови, общего обмена веществ, терморегуляции и отчасти пищеварения. Исключительное значение для бореальных организмов имеет накопление жира как энергетического потенциала, расходуемого на поддержание температуры тела и мышечную деятельность.
Наиболее заметные изменения двигательной активности в разные сезоны можно наблюдать у дневных животных, что несомненно связано с режимом освещения. Лучше всего эти отношения изучены у обезьян (Щербакова, 1949). При содержании обезьян в течение круглого года при постоянной температуре среды суммарная суточная активность зависела от продолжительности светового дня: возрастание активности имело место в мае
и июне. Повышение суммарной суточной активности наблюдалось еще в декабре и январе. Последнее никак нельзя отнести за счет влияния светового дня и связано, вероятно, с весенними проявлениями в природе в условиях Сухуми (рис.23).
В этих исследованиях обнаружилась также значительная сезонная периодика температуры тела у обезьян. Наиболее высокая температура в прямой кишке наблюдалась в июне, наиболее низкая - в январе. Эти сдвиги не могут объясняться изменениями температуры во внешней среде, так как температура помещения оставалась постоянной. Очень вероятно, что здесь имело место влияние радиационного охлаждения, благодаря сниженной температуре стен помещения.
В естественных условиях (Хрусцелевский и Копыло-ва, 1957) яркую сезонную динамику двигательной активности проявляют полевки Брандта в Юго-восточном Забайкалье. У них наблюдается резкое сокращение активности - выхода из нор в январе, марте, ноябре и декабре. Причины такой картины поведения довольно сложны. Они связаны с характером протекания беременности обычно весьма активных самок, со сроками восхода и захода солнца, высокими температурами летом и низкими зимой. Суточная активность, изученная в условиях природы, много сложнее и не всегда отражает картину, получаемую исследователем с помощью актографической методики.
Столь же сложные отношения обнаружены (Леонтьев, 1957) для полевки Брандта и монгольской песчанки в Амурской области.
У норок (Терновский, 1958) наблюдаются значительные изменения двигательной активности в зависимости от сезонов года. Наибольшая активность имеет место весной и летом, что, по-видимому, связано с длительностью светового дня. Однако при понижении температуры активность снижается, равно как и при осадках. У всех без исключения стадных копытных наблюдаются сезонные изменения стадности, что ярко выражено у лосей. У северного оленя стадные отношения (группирование, следование друг за другом) более заметны осенью, нежели летом или весной (Салганский, 1952).
Лучше всего изучены сезонные изменения обмена веществ (основного обмена). Еще в 1930 г. японский исследователь Ишида (Ishida , 1930) обнаружил значительное повышение основного обмена у крыс в весенний период. Эти факты были затем подтверждены многочисленными исследованиями (Kayser , 1939; Sellers , Scott a . Thomas , 1954; Kocarev , 1957; Gelineo a . Heroux , 1962). Установлено также, что зимой основной обмен у крыс гораздо ниже, чем летом.
Очень яркие сезонные изменения основного обмена обнаруживаются у пушных зверей. Так, основной обмен у песцов летом по сравнению с зимой повышен на 34%, а у серебристо-черных лисиц - на 50% (Фирстов, 1952). Эти явления несомненно связаны не только с сезонным Циклом, но и с имеющим место в летнее время перегреванием (см. гл. V ) и отмечены разными исследователями У песцов, енотовидных собак (Слоним, 1961). У серых крыс в условиях Заполярья также обнаружено повышение обмена веществ весной и понижение осенью.
Изучение химической терморегуляции у полярных видов (песцы, лисицы, зайцы), зимующих в условиях Ленинградского зоологического сада (Исаакян и Акчурин,
1953), показало при одних и тех же условиях содержания резкие сезонные изменения химической терморегуляции у лисиц и енотовидных собак и отсутствие сезонных изменений у песца. Особенно ярко это выражено в осенние месяцы, когда животные в летнем мехе. Авторы объясняют эти различия специфическими для арктических обитателей - песцов реакциями на смену освещения. Именно у песцов в осенний период практически отсутствует химическая терморегуляция, хотя изолирующий слой шерсти к этому времени еще не стал зимним. Очевидно, эти специфические для полярных животных реакции не могут объясняться только физическими свойствами кожных покровов: они результат сложных видовых особенностей нервного и гормонального механизмов терморегуляции. Эти реакции у полярных форм сочетаются с теплоизоляцией (Шоландер и сотрудники, см. стр. 208).
Большой материал по сезонным изменениям газообмена у различных видов грызунов (Калабухов, Ладыгина, Майзелис и Шилова, 1951; Калабухов, 1956, 1957; Михайлов, 1956; Скворцов, 1956; Чугунов, Кудряшов и Чугунова, 1956 и др.) показал, что у незимоспящих грызунов можно наблюдать повышение обмена веществ осенью и понижение зимой. Весенние месяцы характеризуются повышением обмена веществ, а летние относительным понижением. Такие же данные на очень большом материале были получены для обыкновенной полевки и рыжей полевки в Московской области.
Схематически можно представить сезонную кривую изменений обмена веществ у не впадающих в зимнюю спячку млекопитающих следующим образом. Самый высокий уровень обмена веществ наблюдается в весеннее время в период половой активности, когда животные после зимнего ограничения питания приступают к активной пищедобывательной деятельности. Летом уровень обмена вновь несколько снижается в связи с высокой температурой, а осенью несколько повышается или держится на летнем уровне, постепенно понижаясь к зиме. Зимой наступает некоторое понижение основного обмена, а к весне он опять резко повышается. Эта общая схема изменений уровня газообмена на протяжении всего года для отдельных видов и в отдельных условиях может значительно варьировать. Это особенно относится к сельскохозяйственным животным. Так, основной обмен у нелактирующих коров (Ritzman a . Benedict , 1938) в летние месяцы даже на 4-5-й день голодания оказался выше, чем зимой и осенью. Кроме того, очень важно отметить, что весеннее повышение обмена веществ у коров не связано с беременностью и лактацией, с условиями содержания в стойле или на пастбище. При стойловом содержании газообмен весной оказывается выше, чем при пастбищном осенью, хотя пастбищное содержание само по себе повышает газообмен в покое в течение всего пастбищного сезона (Калитаев, 1941).
В летний период газообмен у лошадей (в покое) возрастает почти на 40% по сравнению с зимним. Одновременно возрастает и содержание эритроцитов в крови (Магидов, 1959).
Очень большие различия (30-50%) в энергетическом обмене зимой и летом отмечаются у северного оленя (Сегаль, 1959). У каракульской овцы, несмотря на протекание беременности в зимний период, имеет место значительное снижение газообмена. Случаи снижения обмена веществ зимой у северного оленя и у каракульской овцы несомненно связаны с ограничением питания в зимний период.
Изменению основного обмена сопутствуют и сдвиги в химической и физической терморегуляции. Последнее связано с повышением теплоизоляции (insulation ) шерстного и перьевого покровов в зимнее время. Снижение теплоизоляции летом сказывается как на уровне критической точки (см. гл. V ), так и на интенсивности химической терморегуляции. Так, например, величины теплоотдачи в летнее и зимнее время у разных животных относятся: у белки, как 1: 1; у собаки 1: 1,5; у зайца 1: 1,7. В зависимости от сезонов года теплоотдача с поверхности тела значительно изменяется в связи с процессами линьки и обрастания зимней шерстью. У птиц электрическая активность скелетной мускулатуры (благодаря отсутствию несократительного термогенеза) зимой и летом не изменяется; у млекопитающих, например серой крысы, эти различия очень значительны (рис. 25).
Сезонные изменения критической точки обмена веществ обнаружены в последнее время у полярных животных в условиях Аляски (Irving , Krogh a . Monson , 1955) - у красной лисицы они составляют летом +8°, зимой -13°; у белки - летом и зимой +20°С; у дикобраза (Erethizoon dorsatum ) летом +7°, а зимой -12°С. Эти изменения авторы также связывают с сезонными изменениями теплоизоляции меха.
Обмен веществ у полярных животных в зимний период даже при температуре -40° С повышается сравнительно незначительно: у лисицы и полярного дикобраза - не более 200% от уровня обмена при критической точке, у белки - около 450-500%. Подобные же данные были получены в условиях Ленинградского зоосада на песцах и лисицах (Ольнянская и Слоним, 1947). Смещение критической точки обмена веществ от температуры +30°С до +20° С наблюдалось у серой крысы зимой (Синичкина, 1959).
Изучение сезонных изменений газообмена у степных пеструшек ( Lagurus lagurus ) показало (Башенина, 1957), что зимой критическая точка у них, в отличие от других видов полевок, необычайно низка - около 23° С. Критическая точка обмена веществ у полуденных песчанок смещается в разные сезоны, а у гребенщиковой остается постоянной (Мокриевич, 1957).
Наиболее высокие величины потребления кислорода при температурах среды от 0 до 20°С наблюдались у желтогорлых мышей, отловленных летом, а наиболее низкие - в зимний период (Калабухов, 1953). Данные для мышей, отловленных осенью, занимали среднее положение. Эта же работа позволила обнаружить очень интересные изменения теплопроводности шерсти (снятых с животных и высушенных шкурок), сильно возрастающей летом и понижающейся зимой. Некоторые исследователи склонны приписывать этому обстоятельству ведущую роль в изменениях обмена веществ и химической терморегуляции на протяжении разных сезонов года. Разумеется, такие зависимости отрицать нельзя, но и у лабораторных животных (белых крыс) имеется ярко выраженная сезонная динамика даже при постоянных температурах среды (Исаакян и Избинский, 1951).
В опытах на обезьянах и диких хищных обнаружено (Слоним и Безуевская, 1940), что химическая терморегуляция весной (апрель) более интенсивна, нежели осенью (октябрь), несмотря на то, что температура окружающей среды была в обоих случаях одинаковой (рис. 26). Очевидно, это результат предшествующего влияния зимы и лета и соответствующих изменений
в эндокринных системах организма. В летний период наблюдается снижение интенсивности химической терморегуляции, в зимний - увеличение.
Своеобразные сезонные изменения химической терморегуляции обнаружены у впадающего в зимнюю и летнюю спячку желтого суслика и незимоспящего тонкопалого суслика (Калабухов, Нургельдыев и Скворцов, 1958). У тонкопалого суслика сезонные изменения терморегуляции выражены более отчетливо, чем у желтого (разумеется, в состоянии бодрствования). Зимой обмен тонкопалого суслика резко повышен. У желтого суслика летом химическая терморегуляция нарушается уже при + 15-5° С. Сезонные изменения терморегуляции у него почти отсутствуют и заменяются длительной зимней и летней спячкой (см. ниже). Столь же мало выражены сезонные изменения терморегуляции у впадающего в летнюю и зимнюю спячку тарбаганчика.
Сопоставление сезонных изменений химической терморегуляции и биологического цикла животных (Н. И. Калабухов и сотр.) показало, что сезонные изменения выражены слабо как у зимоспящих видов, так и у видов, проводящих зиму в глубоких норах и мало подвергающихся воздействию низкой температуры наружного воздуха (например, большая песчанка).
Таким образом, сезонные изменения терморегуляции сводятся в основном к возрастанию теплоизоляции зимой, снижению интенсивности реакции обмена веществ (химической терморегуляции) и к смещению критической точки в зону более низких температур среды.
Несколько изменяется и термочувствительность организма, что связано, по-видимому, со сменой шерстного покрова. Такие данные установлены Н. И. Калабуховым для песцов (1950) и желтогорлых мышей (1953).
У серых крыс, обитающих в средней полосе, предпочитаемая температура зимой составляет от 21 до 24°, летом - 25,9-28,5°, осенью -23,1-26,2° и весной - 24,2° С (Синичкина, 1956).
В естественных условиях у диких животных сезонные изменения потребления кислорода и теплопродукции могут в значительной степени зависеть от условий питания. Однако экспериментальное подтверждение пока отсутствует.
Значительно изменяется по сезонам года кроветворная функция. Наиболее яркие сдвиги в этом отношении наблюдаются у человека в Арктике. Весной здесь можно наблюдать большое нарастание числа эритроцитов и гемоглобина (Н b ) крови, что связывают с переходом от полярной ночи к полярному дню, т. е. с изменениями инсоляции. Однако даже в условиях достаточной инсоляции в горах Тянь-Шаня у человека зимой наблюдается несколько сниженное количество гемоглобина в крови. Резкое повышение Н b наблюдается весной. Количество эритроцитов уменьшается весной и возрастает летом (Авазбакиева, 1959). У многих грызунов, например у песчанок, в летний период содержание эритроцитов снижается, а в весенний и осенний периоды - повышается (Калабухов и сотр., 1958). Механизм этих явлений до настоящего времени неясен. Здесь имеют место и изменения питания, витаминного обмена, ультрафиолетовая радиация и т. д. Не исключены также и влияния эндокринных факторов, причем особенно важная роль принадлежит щитовидной железе, стимулирующей эритропоэз.
Наибольшее значение в поддержании сезонного ритма имеют гормональные сдвиги, представляющие как самостоятельные циклы эндогенного происхождения, так и связанные с воздействием важнейшего фактора среды - режима освещения. При этом в настоящее время уже намечается схема взаимоотношений гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников.
Сезонные изменения гормональных отношений выявлены у диких животных в природных условиях на примере изменения веса надпочечников (играющих, как известно, большую роль в приспособлениях организма к специфическим и неспецифическим условиям «напряжения»- стресса).
Сезонная динамика веса и активности надпочечников имеет очень сложное происхождение и зависит как собственно от «напряжения» в связи с условиями жизни (питание, температура среды), так и от размножения (Шварц и сотр., 1968). В этом плане интересны данные об изменениях относительного веса надпочечников у неразмножавшихся полевых мышей (рис. 27). В период усиленного питания и оптимальных температурных условий вес надпочечников резко возрастает. Осенью с похолоданием этот вес начинает снижаться, но с установлением снежного покрова стабилизируется. Весной (апрель) начинается увеличение веса надпочечников в связи с ростом организма и половым созреванием (Шварц, Смирнов, Добринский, 1968).
Морфологическая картина щитовидной железы у многих видов млекопитающих и птиц подвержена значительным сезонным изменениям. В летнее время отмечается исчезновение коллоида фолликул, уменьшение эпителия, уменьшение веса щитовидной железы. В зимнее время имеют место обратные отношения (Riddle , Smith a . Benedict , 1934; Watzka , 1934; Miller , 1939; Hoehn , 1949).
Столь же четко выражена сезонная изменчивость в функции щитовидной железы у северного оленя. В мае и июне наблюдается ее гиперфункция с усилением секреторной деятельности эпителиальных клеток. Зимой, особенно в марте, секреторная деятельность этих клеток прекращается. Гиперфункция сопровождается уменьшением объема железы. Сходные данные получены и у овец, но закономерность выражена гораздо менее резко.
В настоящее время имеются многочисленные данные, указывающие на наличие устойчивых сезонных колебаний содержания тироксина в крови. Наиболее высокий уровень тироксина (определяемого по содержанию йода в крови) наблюдается в мае и июне, наиболее низкий - в ноябре, декабре и январе. Как показали исследования (Sturm a . Buchholz , 1928; Curtis , Davis a . Philips , 1933; Stern , 1933) между интенсивностью образования тироксина и уровнем газообмена у человека на протяжении сезонов года есть прямой параллелизм.
Имеются указания на тесную связь между охлаждением тела и выработкой гормона щитовидной железы и тиреотропного гормона гипофиза (Uotila , 1939; Войткевич, 1951). Эти отношения также имеют весьма важное значение в формировании сезонной периодики.
По-видимому, значительная роль в сезонной периодике принадлежит и такому неспецифическому гормону, как адреналин. Большое количество данных свидетельствует о том, что адреналин способствует лучшей акклиматизации как к теплу, так и к холоду. Особенно сильно действуют комбинации препаратов тироксина и кортизона (Hermanson a . Hartmann , 1945). Хорошо акклиматизированные к холоду животные обладают большим содержанием аскорбиновой кислоты в корковом слое надпочечников (Dugal a . Fortier , 1952; Dugal , 1953).
Адаптация к низкой температуре среды сопровождается повышением содержания аскорбиновой кислоты в тканях, повышением содержания гемоглобина в крови (Gelineo et Raiewskaya , 1953; Raiewskaya , 1953).
В последнее время накоплен большой материал, характеризующий сезонные колебания содержания кортикостероидов в крови и интенсивности их выделения при инкубации коры надпочечника in vitro .
Роль режима освещения в формировании сезонного ритма признается подавляющим большинством исследователей. Освещение, как было установлено еще в середине прошлого столетия (Moleschott , 1855), оказывает значительное влияние на интенсивность окислительных процессов в организме. Газообмен у человека и животных под влиянием освещения повышается (Moleschott u . Fubini , 1881; Арнаутов и Веллер, 1931).
Однако до последнего времени совершенно не изученным оставался вопрос о влиянии освещения и затемнения на газообмен у животных с разным образом жизни и лишь при изучении влияния интенсивности освещения на газообмен у обезьян (Иванов, Макарова и Фуфачева, 1953) выяснилось, что он всегда выше на свету, чем в темноте. Однако не у всех видов эти изменения оказались одинаковыми. У гамадрилов они были выражены наиболее резко, далее шли макаки-резусы и меньше всего влияние освещенности сказалось на зеленых мартышках. Различия можно было понять только в связи с экологическими особенностями существования перечисленных видов обезьян в природе. Так, обезьяны-гамадрилы - обитатели безлесных нагорий Эфиопии; макаки-резусы - обитатели леса и сельскохозяйственных культурных участков, а зеленые мартышки - густого тропического леса.
Реакция на освещение появляется в онтогенезе относительно поздно. Так, например, у новорожденных козлят повышение газообмена на свету по сравнению с темнотой очень невелико. Эта реакция значительно возрастает к 20-30-му дню и еще более к 60-му (рис. 28). Можно думать, что у животных с дневной активностью реакция на интенсивность освещения носит характер натурального условного рефлекса.
У ночных животных лемуров-лори наблюдались обратные отношения. Газообмен у них оказывался повышенным
в темноте и пониженным при освещении во время определения газообмена в камере. Снижение газообмена на свету достигало у лори 28%.
Факты влияния длительного освещения или затемнения на организм млекопитающих были установлены экспериментальным изучением светового режима (светового дня) в связи с сезонными влияниями освещения. Экспериментальному изучению влияния длительности светового дня на сезонную периодику посвящено большое количество исследований. Больше всего данных собрано для птиц, где увеличение светового дня является фактором, стимулирующим половую функцию (Светозаров и Штрайх, 1940; Лобашов и Савватеев, 1953),
Полученные факты указывают как на значение общей длины светового дня, так и на значение смены фаз освещения и затемнения.
Хорошим критерием влияния режима освещения и длительности светового дня для млекопитающих служит протекание овуляции. Однако именно у млекопитающих такого прямого влияния света на овуляцию у всех без исключения видов установить не удается. Многочисленные данные, полученные на кроликах (Smelser , Walton a . Whethem , 1934), морских свинках (Dempsey , Meyers , Young a . Jennison , 1934), мышах ( Kirchhof , 1937) и на сусликах (Welsh , 1938), показывают, что содержание животных в полной темноте не оказывает никакого влияния на процессы овуляции.
В специальных исследованиях имитировались «зимние условия» охлаждением (от -5 до +7° С) и содержанием в полной темноте. Эти условия не оказали влияния на интенсивность размножения у обыкновенной полевки ( Microtus arvalis ) и скорость развития молодняка. Следовательно, сочетанием этих основных факторов внешней среды, определяющих физическую сторону сезонных влияний, нельзя объяснить зимнее угнетение интенсивности размножения, хотя бы для грызунов этого вида.
На хищных было обнаружено значительное влияние света на функцию размножения (Беляев, 1950). Уменьшение светового дня приводит к более раннему созреванию меха у норок. Изменение же температурного режима не оказывает никакого влияния на этот процесс. У куниц дополнительное освещение вызывает наступление периода спаривания и рождения детенышей на 4 месяца раньше обычного срока. Изменение режима освещения не оказывает влияния на основной обмен (Беляев, 1958).
Однако сезонную периодику нельзя представлять себе только как результат влияния факторов внешней среды, на что указывает большое количество экспериментов. В связи с этим возникает вопрос, существует ли сезонная периодика у животных, изолированных от воздействия природных факторов. У собак, которые в течение круглого года содержались в отапливаемом помещении при искусственном освещении, можно было наблюдать характерную для собак сезонную периодику (Maignonet Guilhon , 1931). Сходные факты были обнаружены в опытах на лабораторных белых крысах (Избинский и Исаакян, 1954).
Другой пример чрезвычайной прочности сезонной периодики касается животных, привезенных из южного полушария. Так, например, австралийский страус в заповеднике Аскания Нова откладывает яйца в условиях нашей зимы, несмотря на сильный мороз, прямо в снег в сезон, соответствующий лету в Австралии (М. М. Завадовский, 1930). Австралийская собака динго щенится в конце декабря. Хотя эти животные, как и страусы, в течение многих десятков лет разводятся в северном полушарии, никаких изменений в их природном сезонном ритме не наблюдается.
У человека изменение обмена веществ протекает по той же схеме, что и у незимоспящих животных. Имеются наблюдения, полученные в естественной обстановке с попыткой извращения естественного сезонного цикла. Наиболее простой способ такого извращения и наиболее достоверные факты получены при изучении переездов из одной местности в другую. Так, например, переезд в декабре - январе из средней полосы СССР в южную (Сочи, Сухуми) вызывает эффект повышения сниженного «зимнего» обмена в течение первого месяца пребывания там в связи с новыми условиями юга. По возвращении весной на север наступает вторичное весеннее повышение обмена. Таким образом, при зимней поездке на юг можно в течение года наблюдать два весенних подъема уровня обмена у одного и того же человека. Следовательно, извращение сезонного ритма имеет место и у человека, но только в условиях изменения всего комплекса природных факторов внешней среды (Иванова, 1954).
Особый интерес представляет формирование сезонных ритмов у человека на Крайнем Севере. В этих условиях, в особенности при жизни на небольших станциях, резко нарушается сезонная периодика. Недостаточная мышечная деятельность вследствие ограничения прогулок, часто невозможных в условиях Заполярья, создает практически полное выпадение сезонного ритма (Слоним, Ольнянская, Руттенбург, 1949). Опыт показывает, что создание благоустроенных поселков и городов в Заполярье восстанавливает его. Сезонный ритм у человека является до некоторой степени отражением не только сезонных факторов, общих для всего живого населения нашей планеты, но, как и суточный ритм, служит отражением социальной среды, влияющей на человека. Большие города и поселки на Крайнем Севере с искусственным освещением, с театрами, кино, со всем ритмом жизни, свойственным современному человеку,
создают такие условия, при которых за Полярным кругом сезонный ритм проявляется нормально и выявлен так же, как и в наших широтах (Кандрор и Раппопорт, 1954; Данишевский, 1955; Кандрор, 1968).
В условиях Севера, где зимой наблюдается большой недостаток ультрафиолетового облучения, имеют место значительные нарушения обмена веществ, главным образом фосфорного обмена, и недостаток витамина D (Галанин, 1952). Эти явления особенно тяжело отражаются на детях. По данным немецких исследователей, в зимний период наблюдается так называемая «мертвая зона», когда совершенно прекращается рост детей (рис. 29). Интересно, что в Южном полушарии (в Австралии) это явление наблюдается в месяцы, соответствующие лету в Северном полушарии. Сейчас дополнительное ультрафиолетовое облучение рассматривается как один из важнейших приемов коррекции нормального сезонного ритма в условиях северных широт. В этих условиях приходится говорить не столько о сезонном ритме, сколько о специфическом недостатке этого природного необходимого фактора.
Сезонная периодика представляет также огромный интерес для животноводства. Ученые склоняются сейчас к тому, что значительная часть сезонных периодов должна изменяться сознательным воздействием человека. Речь идет прежде всего о сезонном режиме питания. Если для диких животных недостаток питания приводит иногда к гибели значительного количества особей, к уменьшению численности представителей их в данной местности, то по отношению к культурным сельскохозяйственным животным это совершенно недопустимо. Питание сельскохозяйственных животных не может базироваться на сезонных ресурсах, а должно дополняться на основе хозяйственной деятельности человека.
Сезонные изменения в организме птиц тесно связаны с характерным для них инстинктом перелета и в основе их лежат изменения энергетического баланса. Однако, несмотря на перелеты, у птиц наблюдаются как сезонные изменения химической терморегуляции, так и изменения теплоизоляционных свойств перьевого покрова (инсуляция).
Хорошо выражены изменения обмена веществ у домового воробья ( Passer domesticus ), энергетический баланс которого при низких температурах поддерживается большей теплопродукцией зимой, чем летом. Результаты, полученные при измерении потребления пищи и обмена, показывают уплощенный тип кривой химической терморегуляции, обычно встречающийся в тех случаях, когда теплопродукция оценивается на основе потребления пи-Щи на протяжении нескольких дней, а не исходя из потребления кислорода в кратковременном эксперименте.
В последнее время было установлено, что максимальная теплопродукция у воробьиных птиц зимой выше, чем летом. У дубоносов, голубей Columba livia и скворцов Sturnus vulgaris время выживания в холодные периоды зимой было большим главным образом в результате возросшей способности поддерживать более высокую теплопродукцию. На длительность периода до наступления смерти влияют также состояние оперения - линька и продолжительность нахождения в неволе, но сезонный эффект при этом всегда ярко выражен. У находящихся IB клетке птиц потребление пищи зимой возрастало на 20-50%. Но потребление пищи зимой у содержащихся в клетке вьюрков ( Fringilla montefringilla ) и у домашних воробьев, находящихся на воле, не увеличивалось (Rautenberg , 1957).
Значительная ночная гипотермия, наблюдаемая зимой у только что пойманных птиц, отсутствует у дубоносов и черноголовой гаички. Ирвинг (Irving , 1960) пришел к выводу, что холодными ночами северные птицы охлаждаются ниже уровня своей дневной температуры тела примерно настолько же, насколько и птицы умеренных областей.
Увеличение веса оперения, наблюдаемое у некоторых птиц в зимнее время, позволяет предположить наличие теплоизоляционной адаптации, которая могла бы частично покрыть изменения метаболизма на холоду. Однако исследования Ирвинга на нескольких видах диких птиц в зимнее и летнее время, а также Дэвиса (Davis , 1955) и Харта ( Hart , 1962) дают мало оснований для предположения о том, что увеличение метаболизма при падении температуры на 1° было в эти сезоны различным. Установлено, что у голубей теплопродукция, измеренная при 15°С, зимой была ниже, чем летом. Однако величина этих сезонных изменений была небольшой и в диапазоне критических температур не наблюдалось никаких сдвигов. Данные о сдвигах уровня критической температуры были получены для кардинала ( Richmondena cardinalis ) ( Lawson , 1958).
Вальгрен ( Wallgren , 1954) изучал энергетический обмен у желтой овсянки ( Emberiza citrinella ) при 32,5° С и при -11° С в разное время года. Обмен в состоянии покоя не обнаружил сезонных изменений; при -11 0 С в июне и июле обмен был значительно выше, чем в феврале и марте. Эта инсулятивная адаптация частично объясняется большей толщиной и «распушиванием» оперения и большим сужением сосудов в зимнее время (так как оперение было самым густым в сентябре - после линьки, а максимальные изменения обмена - в феврале).
Теоретически изменениями оперения можно объяснить понижение летальной температуры примерно на 40° С.
Исследования, проведенные на черноголовой гаичке ( Parus atricapillus ), также указывают на наличие низкой теплопродукции в результате теплоизоляционной адаптации в зимнее время. Частота пульса и частота дыхания имели сезонные сдвиги, причем зимой при 6° С понижение было большим, чем летом. Критическая температура, при которой дыхание резко возрастало, зимой также сдвигалась к более низкому уровню.
Увеличение основного обмена при термонейтральных температурах, резко выраженное у млекопитающих и птиц, подвергнутых воздействию холода в течение нескольких недель, не играет заметной роли во время адаптации к зиме. Единственное свидетельство значительного сезонного изменения основного обмена было получено на домовых воробьях, но нет оснований предполагать, что оно играет сколько-нибудь значительную роль у птиц, живущих на воле. У большинства исследованных видов вообще не наблюдается никаких изменений. Кинг и Фарнер (King a . Farrier , 1961) указывают, что большая интенсивность основного обмена в зимнее время была бы невыгодной, так как птице потребовалось бы ночью увеличить расход своих энергетических резервов.
Наиболее характерными сезонными сдвигами у птиц являются их способность изменять свою теплоизоляцию и поразительное свойство поддерживать более высокий уровень теплопродукции в условиях холода. На основе измерения потребления пищи и выделений при различных температурах и фотапериодах были сделаны оценки энергетических потребностей для существования и продуктивных процессов в различное время года. Для этой цели птицы были размещены в отдельных клетках, где у них измерялась метаболизированная энергия (максимальный приток энергии минус энергия выделений при различных температурах и фотопериодах). Наименьшая метаболизированная энергия, потребная для существования при определенных температурах и фотопериодах испытания, называется «энергией существования». Ее корреляция с температурой показана в левой части рисунка 30. Потенциальная энергия - это максимальная метаболизированная энергия, измеренная при температуре, соответствующей летальному пределу, являющемуся самой низкой температурой, при которой птица может поддерживать вес тела. Энергия продуктивности - это разница между потенциальной энергией и энергией существования.
В правой части рисунка 30 показаны различные категории энергии, вычисленные для разных времен года из средних температур и фотопериодов вне помещения. Для этих расчетов принимается, что максимальная метаболизированная энергия выявлена в условиях холода, а также для продуктивных процессов при более высоких температурах. У домового воробья потенциальная энергия подвергается сезонным изменениям вследствие сезонных изменений пределов выживаемости. Энергия существования также изменяется в соответствии со средней температурой вне помещения. Благодаря сезонным изменениям потенциальной энергии и энергии существования, энергия продуктивности остается постоянной в течение всего года. Некоторые авторы указывают, что возможность домового воробья жить в дальних северных широтах обусловлена его способностью растягивать свой максимальный энергетический баланс на всю зиму и метаболизировать столько же энергии во время короткого дневного фотопериода зимой, сколько и в течение длительных фотопериодов летом.
У белогорлого воробья (Z . albicallis ) и у юнко ( J . hue - malls ) при 10-часовом фотопериоде количество метаболизированной энергии меньшее, чем при 15-часовом, что является серьезным недостатком зимнего времени (Seibert , 1949). Эти наблюдения были сопоставлены с фактом миграции обоих видов на юг в зимнее время.
В отличие от домового воробья, тропический сине-черный зяблик ( Votatinia jacarina ) мог сохранять энергетический баланс примерно до 0°С при 15-часовом фотопериоде и до 4° С при 10-часовом. Фотопериод ограничивал энергетику в большей степени при понижении температуры, в чем состоит отличие этих птиц от домашнего воробья. Благодаря воздействию фотопериода потенциальная энергия была наиболее низкой в зимнее время, когда энергия существования наивысшая. Следовательно, энергия продуктивности была также наиболее низкой в то время года. Эти физиологические характеристики не позволяют данному виду существовать в зимнее время в северных широтах.
Хотя для терморегуляции энергетические потребности в холодное время года оказываются максимальными, различные виды активности птиц распределяются, по-видимому, в течение всего года равномерно и поэтому кумулятивные эффекты ничтожны. Распределение установленных энергетических запросов для различной активности в течение всего года лучше всего описано для трех воробьев S . arborea ( West , 1960). У этого вида наибольшее количество энергии продуктивности потенциально приходилось на летнее время. Поэтому деятельность, требующая энергетических затрат, как, например, миграция, гнездование и линька, равномерно распределяется между апрелем и октябрем. Дополнительные затраты на свободное существование являются тем неизвестным, которое может или не может повысить теоретический потенциал. Однако вполне возможно, что потенциальная энергия может быть использована в любое время года, по крайней мере на кратковременные периоды - на время полета.
На нашей планете происходят регулярные погодные изменения в течение всего года. Такие перемены принято называть сезонами. Все сезонные изменения в природе имеют свое отдельное название. Это зима, весна, лето и осень. Перемена погоды и изменения в поведении животного мира в эти периоды зависят от количества солнечного излучения, распространяемого на различные области земного шара. Большое значение имеет также угол падения солнечного луча на поверхность Земли. Чем больше стремится угол наклона к прямому, тем жарче становится в конкретном месте падения этого луча. Также на сезонные изменения влияет и долгота дня.
Зависимость сезонных изменений от территориального расположения
В Северном и Южном полушариях сезонные изменения в совершенно противоположны. Это зависит от расположения Земли по отношению к Солнцу. Мнимой красной линией на глобусе два полушария разделяются ровно посередине. Эта линия называется экватором. В течение всего года солнечные лучи падают на эту территорию почти под прямым углом. И поэтому в странах, расположенных на линии экватора, постоянно стоит жаркая и сухая погода. Традиционно принято считать зимний период началом года.
Зима - холод и красота
Находится в зимнее время дальше всего от Солнца. Все сезонные изменения в природе в этот период замирают в ожидании потепления. Время низких температур, снегопадов, ветров и обильного образования льда. Многие животные впадают в спячку для экономии жизненной энергии. После зимнего равноденствия 21 декабря Солнце начинает подниматься выше над линией горизонта, и продолжительность дня медленно увеличивается.
Зимнее время для природы - это период борьбы и красоты. Растения прекращают свой рост, некоторые животные и птицы перемещаются в теплые страны, а люди спасаются от холода в защищенных помещениях. Можно увидеть брошенные гнездовья птиц, голые ветви деревьев и большие объемы выпавшего снега.
Перемены в зимней погоде
Зимняя погода переменчива и непредсказуема. Одну неделю могут быть суровые морозы, а в следующую - неожиданно нагрянуть оттепель. В холода слышно, как потрескивают на морозе деревья, замерзает вода в реках, озерах и прудах. Ледяные кристаллы образуют на поверхности водоемов твердый верхний слой воды, который надежно защищает глубинных обитателей от проникновения холода. В труднодоступных горных районах снежные метели заносят дороги, и людям приходится заранее делать запас провианта.
При оттепелях сезонные изменения в природе могут проявляться неожиданными дождями, которые при возврате морозов создают на дорогах и растениях ледяную корку. Льдом покрываются деревья, дома, машины и дороги. Такое явление природы очень опасно для животных и людей. Скопление льда ломает деревья, портит линии электропередач и делает непригодными для эксплуатации мосты и дороги.
Животный и растительный мир зимой
Большинство растений зимой находится в состоянии покоя. Среди белоснежных снеговых завалов зеленеют лишь некоторые виды вечнозеленых деревьев, таких как ель, кедр, сосна или пихта. В конце зимы при потеплении начинается движение соков, и на деревьях появляются первые почки.
Множество птиц улетает в более теплые регионы, но более 30 видов остаются в Северном полушарии даже во время самых сильных морозов. Это, как правило, птицы, питающиеся семенами некоторых растений. На зимовку остаются также птицы - мусорщики типа ворон, чаек и голубей и охотники вроде ястреба или совы.
Зима - это время длительного сна для многих животных, и сезонные изменения в живой природе везде происходят по-разному. Лягушки переходят в спящий режим и закапываются в грязь, а мелкие зверьки вроде полевок и сурков прячутся в заранее отрытые норки. Также ведут себя и дождевые черви, гусеницы и шмели. Укладываются в теплые берлоги и медведи. Во время спячки животные находятся в состоянии анабиоза. Стойко переносят сезонные изменения в природе и многие другие млекопитающие. Это выдры, ондатры, олени, зайцы и многие другие виды обитателей лесов.
Весна - пора цветения
С 20 марта продолжительность дня значительно увеличивается, повышается среднесуточная температура, начинают расцветать первые цветы. Зимовавшие в холодах животные начинают линять, а впадавшие в спячку - возвращаться к прежнему образу жизни. Птицы строят гнезда и начинают обзаводиться птенцами. Рождается многочисленное потомство и у Появляются различные насекомые.
В Северном полушарии весна приходит в день весеннего равноденствия. Долгота дня сравнивается с длиной ночи. Весной начинаются обильные дожди и таяние снегов. Водные бассейны переполняются и начинаются весенние паводки. Расцветают первые цветы, и начинается активное их опыление появившимися насекомыми. Первыми из цветов появляются подснежники, ирисы и лилии. На деревьях появляются листья.
Пробуждение живой природы
Постепенно воздух наполняется пением вернувшихся из жарких стран перелетных птиц. Жабы и лягушки просыпаются после зимней спячки и начинают петь свои брачные песни. Многие млекопитающие осваивают новые территории.
Весенние сезонные изменения в живой природе начинаются с появления различных насекомых. Очень рано можно увидеть комаров и мух. За ними в начале весны просыпаются и другие насекомые. Различные шмели, осы и им подобные надежно защищены от весенних заморозков пушистой полосатой шубкой.
Лето - созревающий урожай
После 21 июня в Северном полушарии начинается уже настоящее лето. Бурно идет развитие всех растений, и для травоядных животных наступает время усиленного питания. Хищники, в свою очередь, активно охотятся на любителей зеленого корма. Все сезонные изменения в природе летом происходят очень быстро. Отличная погода позволяет людям вырастить за летние месяцы столько овощей и фруктов, что их запасов может хватить на очень длительное время. Многолетние растения также набирают основную мощь именно в летние месяцы.
В конце лета начинается сбор созревшего урожая. На многих кустарниках, деревьях и других растениях поспевают плоды. Но летнее производство овощей и фруктов иногда резко сокращается из-за обезвоживания почвы и невозможности предоставить растениям достаточное количество воды.
Летом многие птицы обучают своих птенцов и готовят их к длительному осеннему перелету. Лето и сезонные изменения в природе летом - это замечательная тема для изучения поведения не только птиц, но и многих насекомых, и других представителей животного мира. Обучающая экскурсия "Сезонные изменения в природе" будет очень интересной для детей.
Осень - сбор плодов
С 22 сентября на всей территории Северного полушария происходят новые сезонные изменения в природе. Осенью довольно скоро начинается похолодание. Происходит падение температуры, и полуденное солнце уже не греет очень сильно. Дни становятся короче, и жизненный цикл многих растений заканчивается. Животный мир готовится к миграции на юг или сооружает теплые укрытия для длительной зимней спячки. Некоторые животные и птицы меняют летние наряды на более теплые зимние. Среди многих пород животных начинается брачный период. Трава жухнет, а листья на деревьях меняют свой цвет и опадают. Солнце над Севером не поднимается вовсе, и последующие шесть месяцев Арктика будет находиться в полной темноте. Осень заканчивается в день зимнего солнцестояния.
Проследить самые интересные сезонные изменения в можно во время кратковременного бабьего лета. Возвращение теплой погоды на несколько осенних дней дает возможность животным и растениям закончить приготовление к сильным холодам. Садоводы и огородники внимательно следят за предвестниками морозов, чтобы успеть закончить сбор обильного урожая овощей и фруктов.
Животный мир осенью
Многие животные и птицы начинают передвигаться в сторону юга в поисках более мягкой температуры и надежного продовольственного обеспечения. Некоторые виды животных впадают в спячку. Медведи уходят в глубокий зимний сон. В позднюю осень гибнет большое количество насекомых. Некоторые насекомые зарываются поглубже в землю или зимуют, находясь в состоянии личинок или куколок.
Разнообразные сезонные изменения в природе осенью для дошкольников будут понятны, если объяснить детям происходящее и дополнить рассказ об осени показательными примерами. Это демонстрация красивых кленовых листочков оранжевого и красного цвета, различные поделки из осенних листьев и веточек, наблюдения за животным миром. Интересны могут быть детям и осенние сезонные изменения в уголке природы, который, как правило, создается в любом дошкольном учреждении.
Календарь природы
Для закрепления знаний о смене сезонов и лучшего знакомства с природой вместе с дошкольниками можно составлять календари природы. Это могут быть детские тематические рисунки или аппликации с использованием летнего или осеннего природного материала. Явления природы могут быть представлены в виде схематического изображения или при помощи разнообразных наклеек тематического содержания.
Различные сюжетные картинки размещаются в календаре в соответствии с проходящим сезоном.
В зимнее время это могут быть изображения спящих медведей или животных с белым меховым покровом. Весну можно иллюстрировать изображениями талых снегов и прилетом перелетных птиц. Для визуальной передачи летнего сезона существует множество доступных способов. Это демонстрация созревших плодов и различных Осенний сезон также демонстрируется наглядно при помощи опавшей листвы деревьев.
В целом рассказ о природных изменениях во время разных сезонов и создание календаря наблюдений за существенными переменами в окружающей природе способствует развитию детей и воспитанию в них любви к родному краю.
В зависимости от сезонов года деревья, кустарники, травянистые растения изменяют, свой внешний вид, а также ход процессов в развитии и росте. Особенно ярко выражены эти изменения весной и осенью.
21 марта день равен ночи. С этого времени в средних широтах северного полушария солнце поднимается с каждым днем все выше и греет теплее. Небо становится ярко-синим, кучевые облака - белыми. Появляются первые проталины, начинают журчать ручьи. На деревьях еще нет листьев, не появились травы и цветущие растения, но дыхание весны уже чувствуется. Начинают цвести и пылить некоторые деревья. У ольхи хорошо видны буровато-красные сережки. Зимой они были плотные, а сейчас растут очень быстро, чешуйки у них отгибаются, и оттуда высыпается золотисто-желтое облачко пыльцы. Вслед за ольхой рассыпает пыльцу орешник, приблизительно через пять дней после орешника зацветает красная верба. Верба - первый из ранневесенних медоносов. В конце апреля пылят осина и ива-бредина. Наличие в это время небольшого количества насекомых, отсутствие листвы на деревьях и кустарниках способствуют свободному переносу ветром пыльцы с одного растения на другое. Вместе с пылением происходит у деревьев другой важный процесс - начинается сокодвижение. Вода растворяет питательные вещества, отложившиеся в стебле, и несет их к почкам, которые начинают набухать и готовиться к тому, чтобы стать листочками и цветками. Сокодвижение особенно выражено у березы и клена, длится оно около месяца; за это время растения перекачивают десятки литров воды. Начало сокодвижения - признак наступления весны.
Дни становятся длиннее, повышается температура, все сильнее прогревается почва. Снег усиленно тает; появляются первые цветы. Когда наступает весна, то растению надо быстрее расти, пускать корни, использовать тепло и влагу для развития. Многие растения, приспособившиеся к этому, носят название раннецветущих. На чешуйчатых стебельках появляются золотые корзинки цветков мать-и-мачехи, напоминающие маленькое солнышко. С наступлением тепла из корневища мать-и-мачехи появляются летние листья, нижняя поверхность которых светлая, мягкая и теплая, а верхняя - гладкая, холодная (отсюда и название - мать-и-мачеха). Эти листья в течение лета накапливают органические вещества, чтобы затем перенести их в корневище и дать возможность цветочным побегам так рано появляться весной. Мать-и-мачеху можно встретить везде: по откосам, берегам рек, канавам и просто на дороге.
В лесу появляется красивый весенний цветок - голубая пролеска (ее часто называют подснежником). Через 8-10 дней раскрываются удивительные цветки у медуницы. Сначала они у нее красные или пурпурные, потом становятся фиолетовыми, затем синими или беловатыми. А так как цветки распускаются на одном растении в разное время, то на нем одновременно можно увидеть цветки разной окраски. Вместе с медуницей между кустарниками можно увидеть красно-лиловую хохлатку. На фоне прошлогодних листьев выделяются желтые цветки гусиного лука и белые - звездчатки.
В местах, где много влаги, можно встретить и других представителей раннецветущих растений: калужницу, у которой крупные округлые листья блестящего зеленого цвета и яркий цветок с золотистым венчиком, чистяк весенний, который в отличие от калужницы имеет не 5-6 лепестков, а 8 (и в чашечке, и в венчике), и др.
У раннецветущих растений развитие происходит за счет питательных веществ, отложенных в корневищах, клубнях и луковицах еще с осени. Яркая окраска во время цветения привлекает к раннецветущим растениям немногочисленных насекомых для опыления. Однако часто эти растения размножаются вегетативным способом: от материнского растения отделяется уже сформировавшееся новое растение. Следовательно, оба способа размножения у раннецветущих растений взаимно дополняют друг друга, обеспечивая высокий процент выживаемости и приспособленности.
В лесу можно увидеть цветущий кустарник - волчье лыко. Сиреневые цветки растут прямо на стебле. Цветы и ягоды его ядовиты, а под корой развивается лубяной слой - лыко; вероятно, отсюда и произошло его название.
Наконец, лопаются почки на деревьях и кустарниках и появляются первые листочки. Черемуха зеленеет одна из первых, за ней тополь, ольха, вяз. У березы и дуба цветение несколько опережает распускание листвы.
Хвойные деревья цветут поздней весной. Пыльцы образуется так много, что она покрывает желтым налетом все вокруг («серные дожди»).
В конце весны все растения становятся зелеными, цветущими. Особую радость людям в мае доставляют ландыши, растущие дружной семейкой, так как из одного корневища может вырасти очень много растений. Ландыш цветет недолго. Душистые цветки в виде маленьких белых колокольчиков заменяются сначала зелеными, а затем красными ягодами.
Начинает колоситься рожь, у осины созревают семена-летучки, отцветает сирень, осыпаются лепестки у яблони - кончилась весна и началось лето.
Обычно весну делят на три периода: ранняя весна - появление проталин, сход снега на полях. Средняя весна (цветущая) длится до зацветания черемухи. Поздняя весна - до отцветания яблонь.
Лето делится на три периода: первый период (начало лета), когда на лугах появляются цветущие травы: луговой василек, красная гвоздика, иван-да-марья, колокольчик и ромашка. В это время зацветают малина, брусника, клюква. Рассеиваются плоды вяза и тополя. В водоемах зацветает желтая кубышка. В садах цветет жасмин. В народном календаре июнь называют разноцветом. Каждый день цветут все новые и новые растения, одни краше других. Начинает поспевать земляника. Появляются летние грибы. В начале июля разгар сенокоса.
Второй период начинается с зацветания липы и продолжается обычно до середины августа. Этот период называют также вершиной лета, знойной порой. Почему так поздно зацветает липа? Оказывается липа распускает цветки на побегах этого года, пока молодой побег отрастет и в нем заложатся плодовые почки, наступит самый теплый период лета. Запах цветов липы доносится издали, поэтому пчелы, не зная отдыха, собирают сладкий, ароматный нектар. Липовый мед вкусен и полезен.
Этот период характеризуется также обильным цветением травянистых растений на лугах. Цветут луговые злаки; на полях зацветает картофель. Водоемы покрывает различная растительность, многие из растений цветут - камыш, рогоз, сусак, стрелолист, частуха, белая красавица кувшинка. Созревают плоды малины и черники. Желтая акация разбрасывает семена.
Недаром июль называют ягодным месяцем. Созревают ягоды черемухи, малины, смородины, поспевают в саду крыжовник и вишня. На полях заканчивается уборка озимых.
Третий период лета (конец лета) продолжается от середины августа до середины сентября, до первых заморозков. В августе происходит созревание плодов и семян. На лугах можно увидеть цветущие колокольчики, короставник, марьянник, коровяк, мяту и другие растения. Начинает румяниться клюква. В начале августа желтеют листья у липы, а в конце месяца начинается листопад у березы. В лесу созревают орехи. Лето постепенно переходит в осень. Август - месяц грибов. Гриб представляет из себя плодовое тело, основная его часть скрыта в земле - это грибницы. Грибница срастается с корнями деревьев и получает от них питательные вещества, однако в свою очередь грибница обеспечивает деревья питательными веществами и помогает их корням лучше и быстрее усваивать питательные вещества из почвы. Грибы можно собирать с весны до поздней осени, но основная пора приходится на последний период лета и начало осени.
