Periodicitatea sezonieră este unul dintre cele mai frecvente fenomene în natura vie. Este pronunțată în special în latitudinile temperate și nordice. În inima în exterior simplă și familiară nouă fenomene sezoniereîn lumea organismelor există reacţii adaptative complexe de natură ritmică, care au fost elucidate relativ recent.
Animalele care trăiesc în zonele muntoase pot folosi zboruri la altitudine. În loc să călătorească pe distanțe lungi, ei se deplasează la altitudini mai joase atunci când zăpada ajunge pe vârfurile munților. Unele bufnițe colorate și alte animale din aceeași specie care nu trăiesc în munți urmează modele de migrație diferențiate. O schimbare drastică a mediului sau a climei poate duce la migrație atunci când este îndepărtată. Dacă habitatul unei specii devine permanent nepotrivit pentru aceasta, de exemplu, atunci când dezvoltarea umană epuizează o mlaștină sau ucide complet o pădure, specia va încerca să se mute în altă zonă și nu se va întoarce la casa sa inițială.
Sezonalitate în natură
De exemplu, să luăm în considerare periodicitatea sezonieră în regiunile centrale ale țării noastre, aici, variația anuală a temperaturii este de primă importanță pentru plante și animale. Perioada favorabilă vieții durează aproximativ șase luni.
Semnele primăverii apar imediat ce zăpada începe să se topească. Unele sălcii, arin și alun înfloresc înainte ca frunzele să fi înflorit; pe peticele dezghețate, chiar și prin zăpadă, răspund mugurii primelor plante de primăvară; ajunge pasari calatoare; apar insecte iernate.
Aceste animale sunt transportate de om pentru a servi drept hrană sau pentru a fi îmblânzite și secrete; s-au stabilit în locuri departe de țara lor de origine, cauzând beneficii și daune în multe ecosisteme. Așa-numitele migrații sporadice duc la extinderea ariei speciilor corespunzătoare, dar cel mai adesea se termină cu dezastru pentru animalele care participă la această evadare. Cele mai frecvente motive pentru aceste migrații în grupuri mari sunt supraaglomerarea regiunii sau reproducerea accelerată a acestor specii.
Cu toate acestea, astfel de migrații oferă animale conditii mai bune viața, eliminând gurile inutile, este selecția naturală care acționează asupra acestor oameni. Le citim din Norvegia, aceste rozătoare, în perioadele intermediare, se reproduc într-un ritm accelerat, iar habitatele lor sunt suprapopulate; apoi încep să coboare versanții spre văi, nevăstuici, șoimi și vulpi, gonindu-le mereu pe traseu, mulți mor pe drum, dar nici un Lemo nu se întoarce la locul lor de origine din munți.
La mijlocul verii, în ciuda temperaturii favorabile și a precipitațiilor abundente, creșterea multor plante încetinește sau se oprește complet. Numarul plante cu flori... Creșterea păsărilor se încheie. A doua jumătate a verii și începutul toamnei este perioada de coacere a fructelor și semințelor la majoritatea plantelor și de acumulare a nutrienților în țesuturile acestora. În acest moment, semnele de pregătire pentru iarnă sunt deja vizibile. Naparla de toamnă începe la păsări și mamifere, păsările migratoare se înghesuie în stoluri.
Principala motivație pentru toate aceste forme diferite de migrație este instinctul de supraviețuire. Majoritatea migrațiilor permit reproducerea, lăsând o zonă în care nu există suficientă hrană pentru a-și susține populația. Ele previn, de asemenea, epuizarea surselor de hrană din zonă pe termen lung. Aceste mișcări periodice înseamnă că fiecare specimen individual are mai multe șanse să găsească suficientă hrană într-o anumită locație.
Deși migrația hranei poate avea loc foarte regulat, există mai multe variabile care pot afecta disponibilitatea hranei, inclusiv clima și nivelul populației altor specii din aceeași zonă. Din acest motiv, unele specii folosesc modele de migrație neregulată care se schimbă constant, adaptându-se la noile condiții. Gnusul călătorește prin câmpiile africane în căutarea apei. Când sursele lor obișnuite de apă sunt epuizate, se îndreaptă spre savane pentru iarbă și mai multă apă.
Chiar înainte de sosirea înghețurilor stabile în natură, începe o perioadă de repaus de iarnă.
Repaus de iarnă
Repausul de iarnă nu este doar o oprire a dezvoltării cauzată de temperatura scazuta, ci o adaptare fiziologică foarte complexă. La fiecare specie, starea de repaus de iarnă apare doar într-un anumit stadiu de dezvoltare. Astfel, la plante (în funcție de specie) semințele iernează, părțile supraterane și subterane cu muguri latenți, iar la unele plante erbacee, frunze bazale. În diferite stadii de dezvoltare, repausul de iarnă apare la insecte. Țânțarii malariei și fluturii urticariei hibernează în stadiul adult, fluturii de varză în stadiul de pupă, iar molia țigănească în stadiul de ou.
Migrațiile în timpul anotimpurilor secetoase pot fi modificate de sunetul norilor de tunete și a norilor de ploaie pe care le văd animalele. Modelele de migrație beneficiază, de asemenea, de împerechere și de reproducere, permițând animalelor tinere să se nască în regiuni cu surse de hrană mai bogate sau mai departe de prădătorii periculoși.
Mai târziu, în viața lor, râurile cresc din nou pentru a se împerechea și își depun ouăle în locul în care s-au născut. Somonul tânăr ar fi prea vulnerabil în fața prădătorilor oceanici și, întorcându-se la locul lor de origine, asigură depozitarea ouălor în locurile lor de reproducere. Atunci când râurile în care se înmulțesc sunt îndiguite, somonii se confruntă cu probleme serioase și, ca urmare, populația acestei specii este redusă drastic. Unele migrații sunt determinate atât de nevoia de hrană, cât și de reproducere.
Stadiile de hibernare ale plantelor și animalelor au multe caracteristici fiziologice similare. Intensitatea metabolismului este semnificativ redusă. Țesuturile organismelor aflate în stare de repaus de iarnă conțin mulți nutrienți de rezervă, în special grăsimi și carbohidrați, datorită cărora se mențin procese metabolice reduse în timpul iernarii. De obicei, cantitatea de apă din țesuturi scade, în special în semințe, muguri de iarnă ai plantelor. Datorită tuturor acestor caracteristici, stadiile latente sunt capabile să supraviețuiască condițiilor dure de iernare pentru o lungă perioadă de timp.
În apele reci ale Polului, el găsește o cantitate imensă din hrana sa preferată, krill-ul este o creatură minusculă asemănătoare creveților. Dar tinerele balene nu au suficientă grăsime pentru a le proteja de frig, așa că în fiecare vară se întorc în apele tropicale pentru a se reproduce. Rutele de migrație variază de la specie la specie, dar multe au mii de kilometri lungime.
Migrația balenelor cenușii ajunge la nouă mii de kilometri de la punctul de plecare. Unele depind de perioada fotografiei. Pe măsură ce zilele se scurtează, instinctele informează animalele că vine iarna și așa că este timpul să ne îndreptăm spre sud. Și pentru animalele care nu văd soarele, ca în cazul celor care dorm în peșteri? Unele animale reacţionează la temperatură. De asemenea, pot răspunde la semnale interne, cum ar fi cantitatea de grăsimi disponibile în corpul lor. Unele modele de migrație urmează un echilibru strict - atunci când depozitele de grăsime se diminuează din cauza scăderii rezervelor de alimente, este timpul să căutăm un adăpost de iarnă mai generos.
Cauzele ritmurilor biologice. Fotoperiodism
Pe parcursul evoluției, fiecare specie a dezvoltat un ciclu anual caracteristic de creștere și dezvoltare intensivă, reproducere, pregătire pentru iarnă și hibernare. Acest fenomen se numește ritm biologic. Coincidența fiecărei perioade a ciclului de viață cu perioada corespunzătoare a anului este critică pentru existența unei specii.
Dar animalele trebuie să stocheze o anumită cantitate de grăsime pentru a avea energia necesară pentru a călători. Evoluția a organizat aceste procese în așa fel încât, cu excepția interferențelor exterioare, instinctele necesare funcționează perfect. În absența stimulilor externi, multe animale încă știu când să migreze și când să se întoarcă acasă. Ritmurile circadiene și ritmurile anuale sunt calendare interne care fac parte din sistem nervos animalelor. Nu înțelegem pe deplin aceste ritmuri, dar ele sunt asociate cu modele de activitate a creierului care se schimbă cu timpul zilei, fotoperioadele și anotimpurile.
Cea mai remarcabilă este legătura dintre toate fenomenele fiziologice din organism cu evoluția sezonieră a temperaturii. Dar, deși afectează viteza proceselor de viață, încă nu servește ca principal regulator al fenomenelor sezoniere din natură. Procesele biologice de pregătire pentru iarnă încep vara, când temperaturile sunt ridicate. La temperaturi ridicate, insectele cad totuși într-o stare de hibernare, păsările încep să năparească și apare dorința de a migra. În consecință, alte condiții, și nu temperatura, afectează starea sezonieră a corpului.
Oamenii le au și ei, deși nu le folosesc pentru migrare. Instinctele de migrație s-au dezvoltat în tipuri diferite din diverse motive, dar cel mai adesea ele răspund presiunii populației. Majoritatea migrațiilor urmează un model de „plecare a unui loc răcoros în schimbul unui punct fierbinte și apoi întoarcere vara”. Deci, de ce a trăit specia într-o zonă care a fost prea rece pentru o parte a anului? Prima ipoteză ar fi că animalele au trăit inițial în zone care erau calde tot timpul anului și, prin urmare, nu aveau nevoie să migreze.
Pe măsură ce populația creștea, resursele erau rare. În lunile mai calde, latitudinile nordice au fost relativ ospitaliere și, prin urmare, unii membri ai acestei specii și-au extins raza de acțiune și au început să trăiască în aceste zone. Când a venit iarna, hrana a devenit rară, iar frigul era prea puternic, așa că animalele s-au mutat temporar la latitudini mai calde. A doua ipoteză este că schimbările climatice sunt responsabile pentru fenomen. Speciile care trăiesc în nord pot trăi în zonă tot timpul când vremea era mai caldă.
Principalul factor în reglarea ciclurilor sezoniere la majoritatea plantelor și animalelor este modificarea duratei zilei. Reacția organismelor la lungimea zilei se numește fotoperiodism. Valoarea fotoperiodismului poate fi văzută din experimentul prezentat în figura Ш
Cu iluminare artificială non-stop sau cu o zi de peste 15 ore, răsadurile de mesteacăn cresc continuu fără a vărsa frunze. Dar când este iluminat timp de 10 sau 12 ore pe zi, creșterea răsadurilor se oprește chiar și vara, în curând frunzele se năruie și se instalează repausul de iarnă, ca sub influența unui scurt timp. zi de toamna... Multe dintre speciile noastre de foioase - salcie, salcâm alb, stejar, carpen, fag - devin veșnic verzi cu o zi lungă.
Pe parcursul a zeci de mii de ani, clima s-a schimbat treptat, iernile au devenit prea reci, iar speciile au fost forțate să călătorească spre sud în fiecare an. Adevărul despre migrație poate implica o combinație a două ipoteze și este probabil să difere de la specie la specie. Cu toate acestea, prima teorie este mai plauzibilă - presiunile demografice sunt forța care determină cele mai multe migrații și într-adevăr cea mai mare parte a evoluției. Este posibil ca schimbările climatice să fi influențat formarea sau procesul de tipare de migrație, dar ele nu reprezintă o forță primară.
Unele dintre tehnicile sale de navigație sunt atât de bizare, încât nici nu le putem înțelege. Soarele pare foarte simplu. În termeni generali, puteți determina în ce direcție se mișcă în funcție de poziția soarelui. Dar când luăm în considerare aspecte precum timpul de observație, perioada anului și posibila prezență a norilor controlați de soare, este o problemă complexă. Cu toate acestea, furnicile și graurii sunt ghidate de soare. Unele păsări pot fi chiar ghidate de soare noaptea – teoriile sugerează că „citesc” poziția în care apune soarele și o folosesc pentru a-și determina cursul.
Lungimea zilei determină nu numai debutul repausului de iarnă, ci și alte fenomene sezoniere la plante. Astfel, o zi lungă favorizează formarea florilor în majoritatea plantelor noastre sălbatice. Astfel de plante se numesc plante de zi lungă. Printre cele cultivate se numara secara, ovazul, majoritatea soiurilor de grau si orz, inul. Cu toate acestea, unele plante, în principal de origine sudică, precum crizantemele, daliile, au nevoie zi scurta... Prin urmare, ele înfloresc aici numai la sfârșitul verii sau toamna. Plantele de acest tip sunt numite plante de zi scurtă.
Alții cred că polarizarea luminii solare face parte din proces. Cadrele vizuale sunt un alt sistem de navigație foarte primitiv. Zburați spre acești munți, întoarceți ușor la stânga când vedeți primii și noii copaci, văzând oceanul și cuibul. Balenele care călătoresc prin Oceanul Pacific de pe coasta de vest a Americii de Nord folosesc această metodă - reperul de navigație pe care îl folosesc este greu de ratat deoarece întregul continent servește acestui scop. Ei țin continentul în stânga lor în timp ce navighează spre sud și spre dreapta pe drumul lor spre nord.
Influența lungimii DNR asupra animalelor este, de asemenea, puternic afectată. La insecte și căpușe, lungimea zilei determină debutul repausului de iarnă. Deci, atunci când păstrați omizile unui fluture de varză în condiții zi lungă(mai mult de 15 ore) fluturii ies in curand din pupe si o serie succesiva de generatii se dezvolta fara intrerupere. Dar dacă omizile sunt ținute la o zi mai scurtă de 14 ore, atunci chiar și primăvara și vara se obțin pupe de iernare, care nu se dezvoltă timp de câteva luni, în ciuda temperaturii destul de ridicate. Acest tip de reacție explică de ce în natură vara, în timp ce ziua este lungă, insectele pot dezvolta mai multe generații, iar toamna, dezvoltarea se oprește întotdeauna în stadiul de iernare.
Luna și stele - Experimentele cu Planetariul au arătat că multe păsări se bazează pe indicii stelare pentru a-și descoperi direcția de migrare. Puteți chiar să spuneți ce stea o folosesc pentru orientare. Faro - Când un animal ajunge la destinația sa generală, poate găsi puncte specifice ale farului. Farul nu va duce animalul din Saskatchewan în Mexic, dar probabil că ajută somonul să găsească locuri bune de depunere a icrelor, de exemplu. Iar mirosul ploii poate determina soarta migrațiilor gnu.
Clima – Condițiile vântului sunt numeroase, adesea folosite ca ajutor de navigație de către păsări. Atunci când sunt lipsite de alte indicii, cum ar fi soarele sau stelele, păsările preferă să zboare în vânt în aluat. Ori de câte ori vedeau soarele și stelele, zburau în direcția corectă, indiferent de vântul dominant.
La majoritatea păsărilor, o zi de primăvară, prelungită, determină dezvoltarea gonadelor și manifestarea instinctelor de cuibărit. O scurtare de toamnă a zilei provoacă năpârlirea, acumularea de grăsimi de rezervă și nevoia de a zbura.
Lungimea zilei este un factor semnal care determină direcția proceselor biologice. De ce schimbările sezoniere ale duratei zilei au devenit atât de importante în viața organismelor vii?
Câmp magnetic - Pământul are un câmp magnetic care în mod normal nu poate fi detectat de oameni fără busolă. Cu toate acestea, unele specii de animale sunt capabile să detecteze acest câmp și îl pot folosi în migrațiile lor. Liliecii și țestoasele marine folosesc informații magnetice pentru a-și găsi drumul. Unele tipuri de bacterii se pot baza chiar doar pe câmpul magnetic pentru orientare. Nu suntem 100% siguri cum detectează animalele câmpurile magnetice, dar mici particule dintr-un mineral magnetic numit magnetit au fost localizate în creierul unor specii.
Modificarea duratei zilei este întotdeauna strâns legată de variația anuală a temperaturii. Prin urmare, lungimea zilei servește ca un precursor astronomic precis al schimbărilor sezoniere ale temperaturii și ale altor condiții. Aceasta explică de ce cel mai mult grupuri diferite organisme de latitudini temperate, sub influența forțelor motrice ale evoluției, s-au format reacții fotoperiodice speciale - adaptări la schimbările climatice în diferite perioade ale anului.
Aceste particule pot reacționa la un câmp magnetic și pot activa nervii pentru a trimite informații direcționale către creierul animalului. Țestoasa de mare: copiii țestoase de mare își pot găsi drumul de-a lungul unei rute de migrație de aproape 13.000 de kilometri prima dată când cutreieră. Oamenii de știință au distras atenția unor țestoase de la curs, dar au reușit să se întoarcă pe drum fără prea multe dificultăți. Bănuind că există un fel de orientare magnetică în uz, următorul experiment a expus animalele la diferite câmpuri magnetice care erau diferite de câmpul natural al Pământului.
Fotoperiodismul este o adaptare comună importantă care reglează fenomenele sezoniere într-o mare varietate de organisme.
Ceasul biologic
Studiul fotoperiodismului plantelor și animalelor a arătat că reacția organismelor la lumină se bazează pe alternarea perioadelor de lumină și întuneric de o anumită durată în timpul zilei. Reacția organismelor la lungimea zilei și a nopții arată că sunt capabile să măsoare timpul, adică au un fel de „ceas biologic”. Toate tipurile de ființe vii, de la unicelular la oameni, au această abilitate.
Țestoasele participante și-au pierdut drumul. Impactul unui magnet care imită câmpul magnetic al pământului i-a readus pe drum - dovadă că țestoasele sunt capabile să detecteze câmpul magnetic al pământului și să-l folosească pentru a naviga. La un moment dat, au rămas mai puțin de 20 de exemplare ale păsării. Întreaga populație a macaralei din partea de est a țării a dispărut. Macaralele occidentale și-au revenit într-o oarecare măsură, dar biologii au vrut să restaureze specia în estul Statelor Unite. Acest lucru ridică o problemă mai mult decât simpla mutare a unora dintre familiile de macarale.
„Ceasul biologic”, pe lângă ciclurile sezoniere, controlează multe alte fenomene biologice, a căror natură a rămas misterioasă până de curând. Ele determină ritmul zilnic corect atât al activității organismelor întregi, cât și al proceselor care apar chiar și la nivelul celulelor, în special diviziunea celulară.
Managementul dezvoltării sezoniere a animalelor și plantelor.
Elucidarea rolului lungimii zilei și reglarea fenomenelor sezoniere deschide mari posibilități de control al dezvoltării organismelor.
Diverse metode de management al dezvoltării sunt utilizate pentru cultivarea pe tot parcursul anului a legumelor și plantelor ornamentale în lumină artificială, pentru iarnă și forțarea timpurie a florilor, pentru răsadurile accelerate. Prin tratarea înainte de însămânțare a semințelor cu frig, se realizează recoltarea culturilor de iarnă în timpul semănatului de primăvară, precum și înflorirea și fructificarea în primul an a multor plante bienale. Prin creșterea duratei zilei, este posibilă creșterea producției de ouă a păsărilor din fermele de păsări.
Motivele schimbărilor sezoniere. Schimbările sezoniere din natură sunt numite fenomene periodice care se repetă anual în aceeași succesiune. Anotimpurile sunt caracterizate de diferite condiții de lumină și temperatură care determină cursul schimbărilor în procesele de viață ale plantelor și animalelor. Fiecare anotimp este determinat de locația geografică și de condițiile climatice.
Schimbarea anotimpurilor se produce din cauza revoluției anuale a Pământului în jurul Soarelui, în timp ce înclinarea axei Pământului față de planul orbital rămâne neschimbată. Poziția Pământului pe orbita sa determină debutul anotimpurilor astronomice. Luminozitatea și durata radiației solare zilnice în diferite perioade ale anului afectează temperatura aerului și a solului, umiditatea, ceea ce atrage după sine schimbări în viața plantelor și animalelor. Dar din cauza inconstanței schimbărilor periodice ale vremii, începuturile astronomice ale anotimpurilor nu coincid cu momentul declanșării fenomenelor periodice în viața sălbatică. Deci, de exemplu, primăvara astronomică vine în ziua echinocțiului de primăvară (21 martie); naturaliștii consideră începutul primăverii pe 19 martie termen mediu sosirea turgelor.
Momentul declanșării fenomenelor sezoniere și durata acestora sunt relative, de exemplu, data sosirii turnurilor variază între 7 și 31 martie.
Studiul sezonier.
fenomene. Legile schimbărilor sezoniere periodice în viața plantelor și animalelor sunt studiate de știința fenologiei; observaţiile declanşării acestor fenomene se numesc fenologice. Esența acestor observații este de a urmări cursul fenomenelor sezoniere și de a înregistra datele declanșării și, în unele cazuri, a sfârșitului acestora. Pe baza observațiilor fenologice pe termen lung, organizațiile de istorie locală întocmesc calendare ale naturii, care reflectă momentul declanșării fenomenelor sezoniere într-o anumită zonă.
Importanța studierii fenomenelor sezoniere. Necesitatea studierii fenomenelor sezoniere a apărut la om cu foarte mult timp în urmă în legătură cu dezvoltarea agriculturii, pescuitului și vânătorii.
Prin determinarea anuală a datelor de începere a schimbărilor sezoniere și comparându-le cu timpul lucrului agricol, este posibil să se stabilească cei mai buni termeni pentru lucrarea solului, semănat semințe și, prin urmare, creșterea randamentului. Deci, de exemplu, conform agrobiostației numite după K.A. Cel mai bun moment pentru semănat napi este atunci când înflorește aspenul.
Observațiile paralele ale cursului de dezvoltare a plantelor și insectelor care se hrănesc cu ele facilitează stabilirea momentului de control al dăunătorilor plantelor cultivate.
Observațiile fenologice oferă un bogat material faptic, care servește drept dovadă a doctrinei lui Charles Darwin despre selecția naturală și ajută la înțelegerea esenței legii fundamentale a biologiei - unitatea organismului și condițiile de viață de care are nevoie. Observațiile lăresc orizonturile unei persoane, îi cresc interesul și dragostea pentru natură. În același timp, nu necesită echipament sofisticat și sunt la îndemâna oricui.
Calendarul naturii
Fiecare educator grădiniţă trebuie să învețe să efectueze observații fenologice și să întocmească un calendar al naturii. Numai în acest caz el va putea să contureze corect timpul de observații disponibile copiilor și să-i învețe să vadă și să audă ceea ce se întâmplă în natură.
Calendarul naturii și agriculturii din zona de mijloc a părții europene a Rusiei poate servi ca scurt ghid la organizarea observaţiilor fenologice aproape în toată ţara, cu excepţia locurilor cu altă vegetaţie.
