Преподаватель Багатуров М.Ф

Программа «Поведение животных», первый год обучения, группа № 3

Преподаватель Багатуров М.Ф.

Занятие 21.05.2020. Что такое диапауза.

Занятие 22.05.2020. Другие способы избегания неблагоприятных условий

Занятие 23.05.2020. Функциональные изменения при диапаузе

 

Некоторые живые существа способны останавливать обмен веществ и развитие в ответ на неблагоприятные внешние условия. Ученые называют это состояние диапаузой. Слово диапауза в переводе с греческого языка дословно означает «перерыв, остановка».

В своем эволюционном развитии многие растительные и животные организмы приобрели своеобразные механизмы приспособления, чтобы иметь возможность пережить неблагоприятные сезоны года. В эти периоды условия их жизни резко ухудшаются в связи с нехваткой пищи, исключительно низкими или высокими температурами, высокой влажностью или засухой и пр. Многие организмы погибли бы, если не обладали бы совершенными физиологическими механизмами приспособления.

Речь идет о возможности впадать в состояние продолжительного бездействия и покоя, наблюдаемого у многих животных и растительных организмов. У различных видов это состояние осуществляется своеобразно, разными способами, в зависимости от степени эволюционного развития животного или растительного организма и обозначается разными наименованиями. Чтобы многие научные понятия стали ясными, остановимся на часто используемых в научной литературе терминах и соответствующих им синонимах в популярном изложении. Как уже говорилось, первые исследователи этого загадочного для прошлых времен явления (Левенгук, Спалланцани и др.) использовали понятие «скрытая жизнь», «мнимая смерть», «вита минима» (минимальная жизнь), «оцепенение», «бессознательное состояние», «безжизненность», «асфиксия» и другие и они рассматривали состояние возвращения к жизни как воскрешение.

Позже, в 1873 г., немецкий ученый Прайер, изучая явления возвращения к жизни после высушивания коловраток, тихоходок и нематод, пришел к выводу, что все представления, трактующие явления оживления этих организмов и их состояние при высушивании, Не соответствовали действительности. Состояние высушивания этих микроорганизмов и их способность возвращаться к жизни Прайер предложил назвать анабиотическим, а само явление — анабиозом (от греческого ana — обратно и bios — жизнь), т. е. возвращение к жизни, оживание. Прайер, однако, различал два противоположных состояния при отсутствии признаков жизни. Первое, когда живое существо хоть и находится в безжизненном состоянии, но способно вернуться к жизни (т. е. анабиотическое состояние): второе, когда живое существо в безжизненном состоянии не способно вернуться к жизни (т. е. мертвое состояние).

Это разграничение является важным дополнением к понятию анабиоза, так как указывает, что речь идет не об оживлении после предшествовавшей смерти, а о временной приостановке процессов жизнедеятельности, т. е. о скрытых формах жизни.

Серьезную попытку систематизировать явления остановки и возвращения к жизни сделал в 1934 г. итальянский исследователь Монтероссо. Он сохранил название «анабиоз» только для явления высыхания организмов, в то время как для всех остальных явлений угнетения жизни он предложил новый термин — гипобиоз (hypobiosis — от греч. hypo — под, низко и bios — жизнь).

Известный исследователь П. Ю. Шмидт считал, что связь между остальными явлениями подавления жизнедеятельности и сном, как и его патологическими формами — гипнозом и каталепсией, является слабой. Как чисто биологическое приспособление к смене дня и ночи сон сопровождается торможением только высшей нервной деятельности. При этом отсутствуют моменты торможения и остановки процессов, связанных с обменом веществ, что характерно для других явлений анабиоза.

По мнению П. Ю. Шмидта, в своей основе явление анабиоза охватывает два основных состояния: 1) анабиоз при высушивании — непосредственное высыхание живых организмов. Тесно связан с этим явлением и осмотический анабиоз — этот своеобразный процесс обезвоживания животных организмов, обитающих в морской воде.

В известной степени связана с анабиозом при высушивании и летняя спячка животных вследствие уменьшения количества воды в теле из-за усиленного испарения и недостатка воды в жарких пустынных областях; 2) анабиоз при замерзании — извлечение воды из живого организма вследствие его замерзания, сопровождающееся различными неблагоприятными изменениями при образовании льда. К такому состоянию принадлежит явление зимней спячки у млекопитающих. При их высокой организации и постоянной температуре тела подавление жизнедеятельности у них более сложное, но все же, его трудно резко разграничить с анабиозом при замерзании.

По существу, по мнению П. Ю. Шмидта, между зимней спячкой и анабиозом разница скорее количественная, чем качественная. С общебиологической точки зрения анабиоз представляет собой приобретенное в ходе эволюции физиологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям. По мнению П. Ю. Шмидта, смерть данного организма не есть просто прекращение процессов жизнедеятельности. Смерть обусловливается разрушением механизмов жизнедеятельности с необратимыми изменениями живого вещества, переходящими в его распад и разложение. Если не наступили такие нарушения, если механизм жизни цел и невредим, возможно, полное прекращение жизнедеятельности, которое вовсе не равнозначно смерти, и вполне возможно возвращение к жизни, если улучшатся условия.

Придерживаясь некоторых уже принятых в биологии понятий, П. Ю. Шмидт объединяет все явления более или менее значительного торможения и приостановления жизни (кроме сна и зимней спячки), сопровождающихся потерей воды, под общим названием анабиоз.

Это наименование подчеркивает общую, самую существенную особенность всех явлений — способность сохранить жизнь, выходить из состояния заторможенности, оживать. По существу, к этой категории явлений относится и «скрытая смерть» семян, спор, цист и других живых объектов. В данном случае различие заключается в том, что при анабиозе торможение жизнедеятельности и ее почти полное прекращение входят в нормальный цикл жизни, прочно установленный и закрепленный эволюцией. Без них невозможно существование многих живых растительных и животных организмов. Анабиоз — широко распространенное явление в животном мире. Например, у насекомых при отрицательных температурах весьма замедляется или практически оста­навливается все их развитие. Подобное анабиотическое состояние известно как диапауза, которая, по мнению Бей-Биенко (1980 г.), представляет собой состояние временного физиологического покоя и возникает в жизненном цикле насекомых как специальное приспособление, обеспечивающее возможность пережить неблагоприятные условия в областях с сезонным климатом.

Позже в биологической науке возникло понятие «гибернация» (от лат. hybernus — зима и hybernar — перезимовать), которое точно соответствует наименованию «зимняя спячка» у животных. С физиологической точки зрения так называется состояние оцепенения, сопровождающееся значительной заторможенностью ряда физиологических процессов в организме (частоты сердечных сокращений, ритма дыхания, обмена веществ, понижения температуры тела), но при продолжающемся контроле со стороны центров терморегуляции. Способность впадать в состояние оцепенения свойственна млекопитающим, например, однопроходным, сумчатым, насекомоядным, летучим мышам, неполнозубым, хищникам, грызунам, некоторым птицам и пресмыкающимся.

Ученые различают дневное оцепенение, в которое впадают, например, летучие мыши и колибри, и сезонное оцепенение, отличающееся от зимней (например, у грызунов, насекомоядных и др.) и летней спячки или эстивации (например, у некоторых млекопитающих и рыб, обитающих в степях и пустынях), а также и непериодическое оцепенение — при резком наступлении неблагоприятных условий (например, у сусликов, енотовидных собак, некоторых видов ласточек).

Что же это такое — зимняя или летняя спячка? И при каких обстоя­тельствах одно состояние переходит в другое? По существу, между ними нет резкого физиологического различия. Кроме того, многие зимоспящие животные (например, летучие мыши) могут впадать в торпидное состояние (о нем ниже) ежедневно, если при этом у них понижается температура тела и интенсивность обмена веществ. Таким образом, это физиологическое состояние вполне сходно с гибернацией, хотя продолжается не месяцами, а всего лишь несколько часов. В связи с тем что нет точного определения этих состояний, их трудно разграничивать, и многие физиологи рассматривают гибернацию и оцепенение как единое физиологическое явление.

В последнее время возникло и бурно развивается новое направление в биологической науке — криобиология (от греч. kryos — холод, мороз, bios — жизнь и logos — наука), т. е. наука о жизни при охлаждении. Криобиология занимается исследованиями механизмов анабиоза при низких температурах и морозоустойчивостью различных видов растений и животных; генетическим и иммуногенетическим влиянием низких температур; повреждением и защитой клеток организма под действием холода; глубоким замораживанием мужских половых клеток (спермы) для сохранения их продолжительное время с целью последующего искусственного осеменения животных; глубоким замораживанием с учетом продолжительного сохранения тканей и органов для последующей пересадки (трансплантации).

В связи с этим возникло и новое направление криобиологии, названное криомедициной, объектом медицинского приложения которой является не только консервирование тканей и органов при низких температурах, но и искусственное охлаждение (гипотермия) организма человека при сложных операциях на сердце и кровеносных сосудах, в мозге и глазах, при котором резко понижается обмен веществ, движение крови значительно замедляется, а чувствительность исчезает.

Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как из-за низкой температуры, так и резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года.

У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи; у других выработалось другое приспособление— миграция. Известны поразительно дальние перелеты многих видов птиц, миграции некоторых видов рыб и других представителей мира животных. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления — способность впадать в безжизненное на первый взгляд состояние, которое у различных видов животных проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гибернация, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приема пищи. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые не в состоянии обе­спечить себя пищей зимой и для них существует опас­ность гибели от холода и голода. И все это, выработанное в процессе эволюции, подчинено строгой природной целесообразности — необходимости сохранить вид. Зимняя спячка — широко распространенное явление в природе, несмотря на то, что ее проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые еще и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой (гомойотермные), называемые теплокровными. Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела — несколько видов птиц и многие виды млекопитающих.