Свет и биологические ритмы

Биологические ритмы представляют собой периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации живой материи: от молекулярного до биосферного.

Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Они бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.

В основе периодических процессов лежит внутренняя программа, на которую воздействует сложный комплекс экологических факторов.

Суточные ритмы свойственны большинству организмов: дневная или ночная активность, время открытия и закрытия цветков, начало и окончание бодрствования, здесь режим освещения является сигнальным фактором.

Сезонные ритмы свойственны организмам, обитающим в условиях сезонной смены климатических режимов: определённые сроки образования семян, формирования клубней, запасания питательных веществ перед зимой, размножение, линька, спячка и миграции организмов.

Годичные ритмы (циркануальные) ритмы, повторяющиеся с периодичностью близкой к годовой- 300-344 сут, они работают по принципу биологических часов и представляют собой смену сменяющихся сезонных состояний.

Температурный режим

Температура отражает среднюю кинетическую скорость атомов и молекул в какой-либо системе. От температуры окружающей среды зависит температура организмов и, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ.

Верхний температурный порог жизни теоретически определяется температурой свертывания белков. Необратимые нарушения структуры белков возникают при температуре +60 ⁰ С («тепловая смерть») обезвоживание организмов повышает этот порог. Именно на этом основана высокая термоустойчивость цист, семян, спор. Но есть организмы- прокариоты (бактерии) обитающие в горячих источниках с температурой воды +70⁰С, а некоторые анаэробные археобактерии нормально существуют при 85-105⁰С.

Нижний температурный порог жизни связан со структурными изменениями в клетках и тканях (замерзание вне- и внутриклеточных жидкостей). При образовании кристаллов льда механически повреждаются ткани, что служит причиной холодовой гибели.

Границы существования жизни - это температуры, при которых возможно нормальное строение и функционирование бел­ков, в среднем от 0 до +50^ОС. Однако целый ряд организмов об­ладает специализированными ферментными системами и приспособлен к активному существованию при температуре тела, выходящей за указанные пределы.

Виды, предпочитающие холод, относят к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре клеток до -8...-10 °С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном состоянии. Криофилия характерна для представите­лей разных групп наземных организмов: бактерий, грибов, лишай­ников, мхов, членистоногих и других существ, обитающих в усло­виях низких температур: в тундрах, арктических и антарктических пустынях, в высокогорьях, холодных морях и т. п. Виды, оптимум жизнедеятельности которых приурочен к области высоких темпе­ратур, относят к группе термофилов: нематоды, личинки насекомых, клещей и других организмов, встречающихся на поверхности почвы и в разлагающихся органических остатках при их саморазогревании и т. д.

Температурные границы существования жизни намного раздвигаются, если учесть выносливость многих видов в латентном состоянии. Споры некоторых бактерий выдерживают в течение нескольких минут нагревание до +180°С. В лабораторных экспериментальных условиях семена; пыльца и споры растений, нематоды, коловратки, цисты простейших и ряд других организмов, после обезвоживания переносили температуры, близкие к абсолютному нулю (до -271,16°С) возвращаясь затем к активной жизни. В этом случае цитоплазма становится тверже гранита, все молекулы находятся в состоянии почти полного покоя и никакие реакции невозможны; Приостановка всех жизненных процессов организма носит название анабиоза. Из состояния анабиоза живые существа могут возвратиться к нормальной активности только в том случае, если не была нарушена структура макромолекул в их клетках.

Представители большинства видов не обладают достаточно высоким уровнем обмена веществ. Их жизнедеятельность и активность зависят, прежде всего, от тепла, посту­пающего извне, а температура тела - от хода внешних температур. Такие организмы называют пойкилотермными, Пойкилотермия, свойственна всем микроорганизмам, растениям, беспозвоноч­ным животным и значительной части хордовых.

Гомойотермные животные способны поддерживать постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры среды.

Гомойотермия, характерна только для представителей двух высших классов позвоночных - птиц и млекопитающих. Частный случай гомойотермии - гетеротермия — свойствен животным, впа­дающим в неблагоприятный период года в спячку или оцепенение. В активном состоянии они поддерживают высокую температуру тела, а в неактивном- пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ. Таковы суслики, сурки, ежи, летучие мыши, сони, стрижи, колибри и др.