Ритмы физиологических процессов

На всех уровнях иерархии биосферы временная организация осуществляется по единому ритмическому принцип и является совокупностью различных взаимосвязанных биологических ритмов, которые как бы интегрированы и с внутренними системами организма и с окружающей его внешней средой.

Равномерное чередование во времени каких-либо состояний организма называется биологическим ритмом.

Различают внешние (экзогенные), имеющие географическую природу и следующие за циклическими изменениями во внешней среде, и внутренние (эндогенные), или физиологические ритмы организма.

Внешние ритмы имеют географическую природу, связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли.

Внешние ритмы:

1. Суточная ритмика выражается в 24-ех часовых колебаниях оптических и радиационных характеристик подстилающей поверхности. Они определяются, главным образом, изменением высоты и наклона Солнца над поверхностью.

Суточные оптические изменения отражения экосистем описывается изменением альбедо в зависимости от высоты и наклона Солнца.

Суточные вариации радиационных характеристик ландшафта регистрируются на инфракрасных снимках, полученных в разные часы дня и ночи.

Большинство суточных измерений относятся к ритмам растений, группировок, популяций животных и элементарным почвенным участкам.

2. Погодная ритмика. Смены типов погоды образуют коротко периодические колебания свойств экосистем, вызванных особенностями циркуляции атмосферы, такими как изменения оптических и радиационных свойств, смены метеорологических показателей (облачность, осадки), чрезвычайные гидрометеорологические ситуации (пыльные бури и засухи). На практике описание смен погоды используют периоды в неделях и декадах. Экологические эффекты смен типов погод выражаются в периодичности регулярных заморозков, засушливых погод, пыльных бурь.

3. Сезонная ритмика экосистем. Рассматриваются пространственные закономерности сроков наступления сезонных явлений природы. Основным показателем сезонной ритмики экосистем являются фенологические карты. Главным источником для составления фенологических карт являются стационарные фенологические наблюдения, данные которых интерполируются и проводятся изолиниями – изофенами, соединяющими местности с одинаковыми сроками наступления сезонных явлений.

4. Разногодичная ритмика (флуктуации) экосистем. Большой интерес представляют многолетние колебания состояния экосистем. Т.А. Работнов (1983) различает:

q экотопические флюктуации, обязанные колебаниям гидрометеорологических условий разных лет,

q антропические – обусловленные различными формами воздействия человека,

q зоогенные – вызванные различиями и воздействиями растительноядных и роющих животных,

q фитоциклические – вызванные биологическими циклами доминантных биоморф

q фитопаразитарные – обусловленные эпизодическим размножением паразитных организмов.

 

По продолжительности различаются многие циклы, начиная с 2-3-летних. На экосистемных уровнях наиболее краткосрочные циклы часто затушеваны. Наиболее известны 11-летние циклы. Они хорошо прослеживаются на организменном и популяционном уровнях. С повышением солнечной активности отмечалось снижение прироста годичных колец у хвойных деревьев. В ритмике экосистем выявляются 20-23 летние циклы.

Внутренние, физиологические ритмы возникли исторически. Ни один физиологический процесс в организме не осуществляется непрерывно. Их периодичность может быть различной по времени. Суточные ритмы наследуются, они присущи растениям и животным от рождения. Эндогенные суточные и годичные ритмы сформировались в результат длительной эволюции. Известный хронобиолог Ф. Хальберг разделил биологические ритмы на три группы:

n ритмы высокой частоты с периодом не превышающем получасового интервала (ритмы сокращения сердца, дыхания, электрических проявлений мозга, перистальтики кишечника);

n ритмы средней частоты с периодом от получаса до шести-семи суток (смена сна и бодрствования, активности и покоя, суточные изменения в обмене веществ, содержании ряда компонентов крови, открывания и закрывания цветков (табл.1);

n низкочастотные ритмы с периодом от четверти месяца до одного года: недельные, лунные, сезонные ритмы.

Задание:

¨Перечислите известные вам абиотические факторы среды, которые периодично и закономерно изменяются во времени:

____________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

¨Предположите и запишите, в каких условиях обитания у животных будут отсутствовать суточные ритмы. Объясните почему. Приведите примеры.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¨Какие типы биологических ритмов (приливно-отливные, суточные, годичные) определяют следующие явления:

 

Биологическое явление	Тип биологических ритмов
Спячка бурых медведей
Утреннее раскрывание цветков у растений
Осенний листопад
Сон у человека
Периодичность открывания и закрыва­ния раковин устриц, обитающих в при­брежной зоне
Перелеты птиц с мест гнездования в южные районы

 

¨Дайте определение фотопериодизма:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¨Объясните, почему в городах листопадные деревья под уличными светильниками обмерзают чаще, чем те, которые ночью не освещены:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

¨Подчеркните названия местообитаний, в которых животные не имеют суточных ритмов (при условии, что они обитают только в пределах одной конкретной среды):

а) озеро; б) река; в) воды пещер; г) поверхность почвы; д) дно океана на глубине 6000 метров; е) горы; ж) кишечник человека; з) лес; и) воздух; к) грунт на глубине 1,5 метра; л) дно реки на глубине 10 метров; м) кора живого дерева; н) почва на глубине 10 см.

Обоснуйте свой ответ: _______________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________