to reakcja organizmu na zmiany pór roku. Aktualne informacje. Przyczyny rytmów biologicznych. fotoperiodyzm

Każdy gatunek w procesie ewolucji wypracował charakterystyczny roczny cykl intensywnego wzrostu i rozwoju, rozmnażania, przygotowania do zimy i zimowania. Zjawisko to nazywa się rytmem biologicznym. Dopasuj każdy okres koło życia o odpowiedniej porze roku ma kluczowe znaczenie dla istnienia gatunku.

Najbardziej zauważalny jest związek wszystkich zjawisk fizjologicznych w ciele z sezonowym przebiegiem temperatury. Ale chociaż wpływa na szybkość procesów życiowych, nadal nie służy jako główny regulator zjawisk sezonowych w przyrodzie. Biologiczne procesy przygotowania do zimy rozpoczynają się latem, kiedy temperatura jest wysoka. Owady w wysokich temperaturach nadal zapadają w stan hibernacji, ptaki zaczynają linieć i pojawia się chęć latania. W konsekwencji niektóre inne warunki, a nie temperatura, wpływają na sezonowy stan organizmu.

Głównym czynnikiem regulującym cykle sezonowe większości roślin i zwierząt jest zmiana długości dnia. Nazywa się odpowiedź organizmów na długość dnia fotoperiodyzm . Wartość fotoperiodyzmu można zobaczyć na podstawie doświadczenia pokazanego na rycinie 35. Przy sztucznym całodobowym oświetleniu lub podczas dnia dłuższego niż 15 godzin sadzonki brzozy rosną nieprzerwanie bez zrzucania liści. Ale przy oświetleniu przez 10 lub 12 godzin dziennie wzrost sadzonek zatrzymuje się nawet latem, wkrótce liście opadają i następuje spoczynek zimowy, jak pod wpływem krótkiego jesiennego dnia. Wiele z naszych gatunków drzew liściastych: wierzba, robinia akacjowa, dąb, grab, buk - staje się wiecznie zielone wraz z długim dniem.

Ryc. 35. Wpływ długości dnia na wzrost sadzonki brzozy.

Długość dnia determinuje nie tylko początek zimowego spoczynku, ale także inne zjawiska sezonowe u roślin. Tak więc długi dzień sprzyja zakwitaniu większości naszych dzikich roślin. Takie rośliny nazywane są roślinami długimi. Spośród uprawnych są to żyto, owies, większość odmian pszenicy i jęczmienia oraz len. Jednak niektóre rośliny, głównie pochodzenia południowego, takie jak chryzantemy, dalie, potrzebują krótkiego dnia, aby zakwitnąć. Dlatego kwitną u nas dopiero pod koniec lata lub jesieni. Rośliny tego typu nazywane są roślinami krótkiego dnia.

Silny wpływ ma również wpływ długości dnia na zwierzęta. U owadów i roztoczy długość dnia determinuje początek zimowego spoczynku. Tak więc, gdy gąsienice motyli kapustnych są trzymane w warunkach długiego dnia (ponad 15 godzin), motyle szybko wychodzą z poczwarek i kolejne pokolenia rozwijają się bez przerwy. Ale jeśli gąsienice są trzymane w dniu krótszym niż 14 godzin, to nawet wiosną i latem uzyskuje się zimujące poczwarki, które nie rozwijają się przez kilka miesięcy, pomimo dość wysokiej temperatury. Ten typ reakcji tłumaczy, dlaczego w naturze latem, gdy dzień jest długi, u owadów może rozwinąć się kilka pokoleń, a jesienią rozwój zawsze zatrzymuje się na etapie zimowania.

U większości ptaków wydłużający się wiosenny dzień powoduje rozwój gonad i przejawianie się instynktów gniazdowania. Jesienne skrócenie dnia powoduje linienie, gromadzenie tłuszczów zapasowych i chęć latania.

Długość dnia jest czynnikiem sygnalizacyjnym determinującym kierunek procesów biologicznych. Dlaczego sezonowe zmiany długości dnia nabrały tak wielkiego znaczenia w życiu organizmów żywych?

Zmiana długości dnia jest zawsze ściśle związana z rocznym przebiegiem temperatury. Dlatego długość dnia służy jako dokładny astronomiczny predyktor sezonowych zmian temperatury i innych warunków. To wyjaśnia, dlaczego najbardziej zróżnicowane grupy organizmów w umiarkowanych szerokościach geograficznych, pod wpływem sił napędowych ewolucji, utworzyły specjalne reakcje fotoperiodyczne - adaptacje do zmian klimatycznych w różnych porach roku.

fotoperiodyzm- jest to powszechna ważna adaptacja, która reguluje zjawiska sezonowe w różnych organizmach.

Zegar biologiczny

Badanie fotoperiodyzmu u roślin i zwierząt wykazało, że reakcja organizmów na światło opiera się na naprzemiennych okresach światła i ciemności o określonym czasie trwania w ciągu dnia. Reakcja organizmów na długość dnia i nocy pokazuje, że potrafią mierzyć czas, czyli mają trochę zegar biologiczny . Wszystkie rodzaje żywych istot mają tę zdolność, od jednokomórkowych po ludzi.

Zegar biologiczny, poza cyklami sezonowymi, kontroluje wiele innych zjawisk biologicznych, których natura do niedawna pozostawała tajemnicza. Decydują o prawidłowym rytmie dobowym zarówno aktywności całych organizmów, jak i procesów zachodzących nawet na poziomie komórek, w szczególności podziałów komórkowych.

Zarządzanie sezonowym rozwojem zwierząt i roślin

Wyjaśnienie roli długości dnia i regulacji zjawisk sezonowych otwiera ogromne możliwości kontrolowania rozwoju organizmów.

W całorocznej uprawie roślin warzywnych i ozdobnych przy sztucznym oświetleniu, w okresie zimy i wczesnego pędzenia kwiatów, w celu przyspieszenia produkcji rozsady stosuje się różne metody kontroli rozwoju. Przedsiewne zaprawianie nasion chłodem powoduje kłoszenie ozimin podczas siewu wiosennego, a także kwitnienie i owocowanie w pierwszym roku wielu roślin dwuletnich. Zwiększając długość dnia, można zwiększyć produkcję jaj ptaków na fermach drobiu.

Jedną z podstawowych właściwości żywej przyrody jest cykliczność większości zachodzących w niej procesów. Istnieje związek między ruchem ciał niebieskich a żywymi organizmami na Ziemi.

Żywe organizmy nie tylko przechwytują światło i ciepło Słońca i Księżyca, ale także posiadają różne mechanizmy, które precyzyjnie określają położenie Słońca, reagują na rytm pływów, fazy księżyca i ruch naszej planety. Rosną i rozmnażają się w rytmie dostosowanym do długości dnia i zmian pór roku, co z kolei jest determinowane przez ruch Ziemi wokół Słońca. Zbieżność faz cyklu życiowego z porą roku, do której są przystosowane, ma decydujące znaczenie dla istnienia gatunku. W procesie rozwoju historycznego zjawiska cykliczne zachodzące w przyrodzie były postrzegane i asymilowane przez żywą materię, a organizmy wykształciły zdolność do okresowej zmiany swojego stanu fizjologicznego.

Jednolita przemiana w czasie dowolnego stanu ciała nazywa się rytm biologiczny.

Istnieją zewnętrzne (egzogeniczne), mające charakter geograficzny i następujące po nim cykliczne zmiany w środowisku zewnętrznym, oraz wewnętrzne (endogenne) lub fizjologiczne rytmy ciała.

Rytmy zewnętrzne

Rytmy zewnętrzne mają charakter geograficzny, związany z obrotem Ziemi względem Słońca i Księżyca względem Ziemi.

Wiele czynników środowiskowych na naszej planecie, przede wszystkim reżim świetlny, temperatura, ciśnienie i wilgotność powietrza, atmosferyczne pole elektromagnetyczne, pływy morskie itp., zmienia się naturalnie pod wpływem tej rotacji. Na żywe organizmy wpływają również takie kosmiczne rytmy, jak okresowe zmiany aktywności słonecznej. Słońce ma cykl 11-letni i szereg innych cykli. Zmiany promieniowania słonecznego mają istotny wpływ na klimat naszej planety. Oprócz cyklicznego wpływu czynników abiotycznych, rytmy zewnętrzne dla każdego organizmu to regularne zmiany aktywności, a także zachowania innych żywych istot.

Wewnętrzne, fizjologiczne, rytmy

Rytmy wewnętrzne, fizjologiczne powstały historycznie. Żaden proces fizjologiczny w ciele nie jest przeprowadzany w sposób ciągły. Rytm stwierdzono w procesach syntezy DNA i RNA w komórkach, w syntezie białek, w pracy enzymów oraz w aktywności mitochondriów. Podział komórek, skurcze mięśni, praca gruczołów dokrewnych, bicie serca, oddychanie, pobudliwość układu nerwowego, czyli praca wszystkich komórek, narządów i tkanek ciała podlega określonemu rytmowi. Każdy system ma swój własny okres. Działania czynników otoczenie zewnętrzne możliwa jest zmiana tego okresu tylko w wąskich granicach, a dla niektórych procesów jest to praktycznie niemożliwe. Ten rytm nazywa się endogenny.

Wewnętrzne rytmy organizmu są podporządkowane, zintegrowane w integralny system i ostatecznie działają jako ogólna okresowość zachowań organizmu. Ciało niejako odlicza czas, rytmicznie wykonując swoje fizjologiczne funkcje. Zarówno w przypadku rytmów zewnętrznych, jak i wewnętrznych początek następnej fazy zależy przede wszystkim od czasu. Stąd czas działa jako jeden z najważniejszych czynników środowiskowych, na który muszą reagować żywe organizmy, dostosowując się do zewnętrznych cyklicznych zmian w przyrodzie.

Zmiany aktywności życiowej organizmów często pokrywają się z zewnętrznymi cyklami geograficznymi. Wśród nich są takie adaptacyjne rytmy biologiczne – dzienne, pływowe, równe miesiąc księżycowy, coroczny. Dzięki nim najważniejsze funkcje biologiczne organizmu (odżywianie, wzrost, rozmnażanie itp.) pokrywają się z tymi najkorzystniejszymi o tej porze dnia i roku.

Tryb dzienny. Dwa razy dziennie, o świcie i o zmierzchu, aktywność zwierząt i roślin na naszej planecie zmienia się tak dramatycznie, że często prowadzi do niemal całkowitej, mówiąc w przenośni, zmiany. aktorzy”. Jest to tak zwany rytm dobowy, ze względu na okresową zmianę oświetlenia spowodowaną obrotem Ziemi wokół własnej osi. W roślinach zielonych fotosynteza zachodzi tylko w godzinach dziennych. U roślin otwieranie i zamykanie kwiatów, podnoszenie i opuszczanie liści, maksymalna intensywność oddychania, tempo wzrostu koleoptylów itp. są często związane z określoną porą dnia.

uwaga w kółka pokazują przybliżony czas otwierania i zamykania kwiatów w różnych roślinach

Niektóre gatunki zwierząt są aktywne tylko w świetle słonecznym, inne wręcz go unikają. Różnice między dobowym i nocnym stylem życia są złożone i wiążą się z różnymi adaptacjami fizjologicznymi i behawioralnymi, które powstały w procesie ewolucji. Ssaki są zwykle bardziej aktywne w nocy, ale są wyjątki, takie jak ludzie: ludzki wzrok, podobnie jak małpy człekokształtne, jest przystosowany do światła dziennego. Ponad 100 funkcje fizjologiczne wpływ na dobową okresowość, obserwowaną u ludzi: sen i czuwanie, zmiany temperatury ciała, tętna, głębokości i częstotliwości oddychania, objętości i składu chemicznego moczu, pocenie się, sprawność mięśniową i umysłową itp. Tak więc większość zwierząt dzieli się na dwie grupy gatunków codzienny oraz noc, praktycznie nigdy się nie widzieli.

Zwierzęta dzienne (większość ptaków, owadów i jaszczurek) zasypiają o zachodzie słońca, a świat jest pełen zwierząt nocnych (jeże, nietoperze, sowy, większość kotów, żaby trawne, karaluchy itp.). Istnieją gatunki zwierząt o mniej więcej takiej samej aktywności zarówno w dzień, jak iw nocy, z naprzemiennie krótkimi okresami odpoczynku i czuwania. Ten rytm nazywa się wielofazowy(liczba drapieżników, wiele ryjówek itp.).

Rytm dobowy jest wyraźnie widoczny w życiu mieszkańców dużych systemów wodnych - oceanów, mórz, dużych jezior. Zooplankton wykonuje codzienne pionowe migracje, unosząc się na powierzchnię w nocy i schodząc w ciągu dnia. Podążając za zooplanktonem, większe zwierzęta, które się nimi żywią, poruszają się w górę iw dół, a nawet większe drapieżniki podążają za nimi. Uważa się, że pionowe ruchy organizmów planktonowych zachodzą pod wpływem wielu czynników: światła, temperatury, zasolenia wody, grawitacji, a w końcu po prostu głodu. Jednak według większości naukowców oświetlenie jest nadal pierwotne, ponieważ jego zmiana może spowodować zmianę reakcji zwierząt na grawitację.

U wielu zwierząt okresowości dobowej nie towarzyszą znaczne odchylenia funkcji fizjologicznych, ale objawia się głównie zmianami aktywności ruchowej, na przykład u gryzoni. Najwyraźniej zmiany fizjologiczne w ciągu dnia można prześledzić u nietoperzy. W lecie wiele nietoperzy zachowuje się jak zwierzęta poikilotermiczne podczas ich spoczynku w ciągu dnia. Temperatura ich ciała w tym czasie praktycznie pokrywa się z temperaturą otoczenia. Tętno, oddychanie, pobudliwość narządów zmysłów są znacznie zmniejszone. Wystartować zaniepokojony nietoperz długo się nagrzewa z powodu chemicznego wytwarzania ciepła. Wieczorem i nocą są typowymi ssakami homoiotermicznymi o wysokiej temperaturze ciała, aktywnych i precyzyjnych ruchach oraz szybkiej reakcji na zdobycz i wrogów.

Okresy aktywności niektórych gatunków organizmów żywych są ograniczone do ściśle określonej pory dnia, w innych mogą się zmieniać w zależności od sytuacji. Na przykład aktywność czarnych chrząszczy lub pustynnych stonogów przenosi się na różne pory dnia w zależności od temperatury i wilgotności na powierzchni gleby. Wychodzą z nor wcześnie rano i wieczorem (cykl dwufazowy) lub tylko nocą (cykl jednofazowy) lub w ciągu dnia. Inny przykład. Otwarcie kwiatów szafranu zależy od temperatury, kwiatostany mniszka na światło: w pochmurny dzień kosze się nie otwierają. Endogenne rytmy okołodobowe od egzogennych można odróżnić eksperymentalnie. Przy całkowitej niezmienności warunków zewnętrznych (temperatury, oświetlenia, wilgotności itp.) wiele gatunków utrzymuje cykle przez długi czas, zbliżone do dziennego. Tak więc u Drosophila taki endogenny rytm obserwuje się od dziesiątek pokoleń. W konsekwencji organizmy żywe przystosowały się do postrzegania wahań w środowisku zewnętrznym i odpowiednio dostosowały swoje procesy fizjologiczne. Stało się to głównie pod wpływem trzech czynników – rotacji Ziemi względem Słońca, Księżyca i gwiazd. Te czynniki, nakładające się na siebie, były postrzegane przez żywe organizmy jako rytm bliski, ale nie do końca odpowiadający okresowi dobowemu. Był to jeden z powodów pewnych odchyleń endogennych rytmów biologicznych od dokładnego okresu dobowego. Te endogenne rytmy nazywają się dobowy(od łac. ok. - około i umiera - dzień, dzień), czyli zbliżanie się do rytmu dobowego.

Na różne rodzaje a nawet u różnych osobników tego samego gatunku rytmy dobowe z reguły różnią się czasem trwania, ale pod wpływem prawidłowej przemiany światła i ciemności mogą stać się równe 24 godzinom. w tym samym czasie, ale niedługo – w różnym czasie, a jednocześnie każdy z osobna zachowuje swój własny rytm. Kiedy przywrócona jest prawidłowa zmienność dnia i nocy, okresy snu i czuwania latających wiewiórek znów stają się zsynchronizowane. Stąd wniosek, że bodziec zewnętrzny (zmiana dnia i nocy) reguluje wrodzone rytmy dobowe, zbliżając je do okresu dobowego.

Stereotyp zachowania wyznaczany przez rytm dobowy ułatwia istnienie organizmów o dobowych zmianach w środowisku. Jednocześnie, gdy rośliny i zwierzęta są rozproszone, wkraczają w warunki geograficzne o innym rytmie dnia i nocy, silny stereotyp może być niekorzystny. Możliwości rozprzestrzeniania się niektórych typów organizmów żywych są często ograniczone przez głębokie utrwalenie ich rytmów dobowych.

Oprócz Ziemi i Słońca istnieje jeszcze inne ciało niebieskie, którego ruch zauważalnie wpływa na żywe organizmy naszej planety - jest to Księżyc. Wśród najróżniejszych ludów istnieją znaki mówiące o wpływie księżyca na wydajność upraw, naturalnych łąk i pastwisk oraz na zachowanie ludzi i zwierząt. Okresowość równa miesiącowi księżycowemu, jako rytm endogenny stwierdzono zarówno w organizmach lądowych, jak i wodnych. W ograniczonym okresie księżyca okresowość objawia się występowaniem wielu komarów ochotkowatych i jętek, rozmnażaniem się japońskich liliowców i wieloszczetów palolo (Eunice viridis). Tak więc w niezwykłym procesie reprodukcji wieloszczetów morskich palolo żyjących w rafach koralowych Oceanu Spokojnego fazy księżyca odgrywają rolę zegarów. Komórki zarodkowe robaków dojrzewają raz w roku mniej więcej w tym samym czasie - o określonej godzinie danego dnia, kiedy Księżyc jest w ostatniej kwadrze. Tył ciała robaka, wypchany komórkami zarodkowymi, odrywa się i wypływa na powierzchnię. Jaja i plemniki zostają uwolnione i następuje zapłodnienie. Górna połowa ciała, pozostawiona w otworze rafy koralowej, do następnego roku ponownie odbudowuje dolną połowę komórkami płciowymi. Okresowe zmiany natężenia światła księżyca w ciągu miesiąca wpływają na reprodukcję innych zwierząt. Początek dwumiesięcznej ciąży olbrzymich leśnych szczurów Malezji zwykle przypada na pełnię księżyca. Możliwe, że jasne światło księżyca stymuluje poczęcie u tych nocnych zwierząt.

U wielu zwierząt w odpowiedzi na światło i słabe pola magnetyczne w tempie orientacji stwierdzono okresowość równą miesiącowi księżycowemu. Wyraża się opinię, że okresy maksymalnego podniesienia emocjonalnego u ludzi przypadają w pełnię księżyca; 28-dniowy cykl menstruacyjny kobiet mógł zostać odziedziczony po przodkach ssaków, u których temperatura ciała również zmieniała się synchronicznie ze zmianą faz księżyca.

Rytmy pływowe. Wpływ Księżyca wpływa przede wszystkim na życie organizmów wodnych w morzach i oceanach naszej planety, związany jest z przypływami, które zawdzięczają swoje istnienie wspólnemu przyciąganiu Księżyca i Słońca. Ruch Księżyca wokół Ziemi powoduje, że istnieje nie tylko dzienny rytm pływów, ale także miesięczny. Pływy osiągają maksymalną wysokość mniej więcej raz na 14 dni, kiedy Słońce i Księżyc znajdują się w linii prostej z Ziemią i wywierają maksymalny wpływ na wody oceanów. Rytm przypływów najsilniej oddziałuje na organizmy żyjące w wodach przybrzeżnych. Zmienność pływów dla organizmów żywych jest tutaj ważniejsza niż zmiana dnia i nocy, ze względu na ruch obrotowy Ziemi i pochyloną oś Ziemi. Temu złożonemu rytmowi przypływów i odpływów podporządkowane jest życie organizmów żyjących przede wszystkim w strefie przybrzeżnej. Tak więc fizjologia ryb gruni, żyjących u wybrzeży Kalifornii, jest taka, że ​​podczas najwyższych nocnych przypływów są wyrzucane na brzeg. Samice, zakopując ogon w piasku, składają jaja, następnie samce je zapładniają, po czym ryby wracają do morza. Wraz z cofaniem się wody zapłodnione jaja przechodzą przez wszystkie etapy rozwoju. Wypuszczenie narybku następuje za pół miesiąca i ma zbiegać się w czasie z następnym przypływem.

Okresowość sezonowa jest jednym z najczęstszych zjawisk w żywej przyrodzie. Nieustanna zmiana pór roku, spowodowana obrotem Ziemi wokół Słońca, zawsze zachwyca i zadziwia człowieka. Wiosną całe życie budzi się z głębokiego snu, gdy śnieg topnieje, a słońce świeci jaśniej. Pąki pękają i zakwitają młode liście, młode zwierzęta wypełzają z nor, owady i ptaki powracające z południa biegają w powietrzu. Zmiana pór roku najbardziej zauważalna występuje w strefach umiarkowanych i północnych szerokościach geograficznych, gdzie kontrast warunków meteorologicznych różnych pór roku jest bardzo istotny. Cykliczność życia zwierząt i roślin jest wynikiem ich adaptacji do corocznych zmian warunków meteorologicznych. Przejawia się to w kształtowaniu się w ich życiu pewnego rytmu rocznego, zgodnego z rytmem meteorologicznym. Potrzeba niskich temperatur w okresie jesiennym i ciepła w okresie wegetacji powoduje, że dla roślin o umiarkowanych szerokościach geograficznych ważny jest nie tylko ogólny poziom ciepła, ale także jego pewien rozkład w czasie. Tak więc, jeśli rośliny otrzymają taką samą ilość ciepła, ale inaczej rozłożone: jedna ma ciepłe lata i mroźne zimy, a druga ma odpowiednią stałą średnią temperaturę, normalny rozwój nastąpi tylko w pierwszym przypadku, chociaż całkowita ilość ciepło w obu przypadkach jest takie samo.

Nazywa się zapotrzebowanie na rośliny o umiarkowanych szerokościach geograficznych na przemian zimnych i ciepłych okresów w ciągu roku sezonowy termoperiodyzm.

Często decydującym czynnikiem sezonowości jest wydłużanie się dnia. Długość dnia zmienia się w ciągu roku: najdłużej słońce świeci podczas przesilenia letniego w czerwcu, najmniej podczas przesilenia zimowego w grudniu.

Wiele żywych organizmów ma specjalne mechanizmy fizjologiczne, które reagują na długość dnia i zgodnie z tym zmieniają swój sposób działania. Na przykład, podczas gdy długość dnia wynosi 8 godzin, poczwarka motyla Saturna śpi spokojnie, ponieważ na zewnątrz jest jeszcze zima, ale w miarę wydłużania się dnia specjalne komórki nerwowe w mózgu poczwarki zaczynają wydzielać specjalny hormon, który powoduje jego przebudzenie w górę.

Sezonowe zmiany w sierści niektórych ssaków są również determinowane względną długością dnia i nocy, niewielką lub żadną zależnością od temperatury. Tak więc, stopniowo, sztucznie zmniejszając ilość światła dziennego w wybiegu, naukowcy niejako naśladowali jesień i zadbali o to, by trzymane w niewoli łasice i gronostaje zmieniły z wyprzedzeniem swój brązowy letni strój na biały zimowy.

Ogólnie przyjmuje się, że istnieją cztery pory roku (wiosna, lato, jesień, zima). Ekolodzy badający zbiorowiska strefy umiarkowanej zwykle wyróżniają sześć pór roku, różniących się zestawem gatunków w zbiorowiskach: zimę, wczesnowiosnę, późną wiosną, wczesne lato, późne lato i jesień. Ptaki nie trzymają się ogólnie przyjętego podziału roku na cztery pory roku: skład zbiorowiska ptaków, w skład którego wchodzą zarówno stali mieszkańcy okolicy, jak i ptaki spędzające tu zimę lub lato, zmienia się cały czas, przy maksymalnej liczbie ptaków osiągając wiosną i jesienią podczas wędrówek. W Arktyce w rzeczywistości są dwie pory roku: dziewięciomiesięczna zima i trzy letnie miesiące, kiedy słońce nie schodzi za horyzont, gleba topnieje, a życie budzi się w tundrze. W miarę przemieszczania się z bieguna na równik zmiana pór roku w mniejszym stopniu zależy od temperatury, a coraz bardziej od wilgotności. Na pustyniach umiarkowanych lato to okres, w którym życie zatrzymuje się i kwitnie wczesną wiosną i późną jesienią.

Zmiana pór roku wiąże się nie tylko z okresami obfitości lub braku pożywienia, ale także z rytmem reprodukcji. U zwierząt domowych (krowy, konie, owce) oraz zwierząt żyjących w środowisku naturalnym strefy umiarkowanej potomstwo pojawia się zwykle wiosną i dorasta w najkorzystniejszym okresie, kiedy jest najwięcej pokarmu roślinnego. Dlatego może pojawić się myśl, że wiosną wszystkie zwierzęta rozmnażają się w ogóle.

Jednak rozmnażanie wielu małych ssaków (myszy, norników, lemingów) często nie jest ściśle sezonowe. W zależności od ilości i obfitości pokarmu rozród może odbywać się zarówno wiosną, jak i latem oraz zimą.

W naturze obserwuje się to oprócz rytmów dobowych i sezonowych .okresowość wieloletnia zjawiska biologiczne. Jest on determinowany zmianami pogody, jego regularną zmianą pod wpływem aktywności słonecznej i wyraża się naprzemiennymi latami produkcyjnymi i chudymi, latami obfitości lub małymi populacjami.

D. I. Malikov przez 50 lat obserwacji odnotował pięć dużych fal zmian liczby zwierząt gospodarskich lub tyle, ile było cykli słonecznych (ryc. 7.8). Ten sam związek przejawia się w cykliczności zmian wydajności mleka, rocznym przyroście mięsa, wełny u owiec, a także w innych wskaźnikach produkcji rolniczej.

Częstotliwość zmian właściwości wirusa grypy jest związana z aktywnością słoneczną.

Według prognozy, po stosunkowo spokojnym okresie grypy na początku lat 80-tych. XX wiek od 2000 r. spodziewany jest gwałtowny wzrost intensywności jego dystrybucji.

Wyróżnia się 5-6- i 11-letnie, a także 80-90-letnie lub świeckie cykle aktywności słonecznej. Pozwala to w pewnym stopniu wyjaśnić zbieżność okresów masowej reprodukcji zwierząt i wzrostu roślin z okresami aktywności słonecznej.

Zegar biologiczny

Rytmy okołodobowe i okołodobowe leżą u podstaw zdolności organizmu do wyczuwania czasu. Mechanizm odpowiedzialny za tę okresową aktywność – czy to karmienie, czy rozmnażanie – został nazwany „zegarem biologicznym”. Niezwykła dokładność zegara biologicznego, sterującego życiem wielu roślin i zwierząt, jest przedmiotem badań naukowców. różnych krajów pokój.

Jak widać z podanych krzywych, liście roślin strączkowych w nocy opadają, aw ciągu dnia ponownie się prostują. Wykres aktywności szczurów składa się z kolejno naprzemiennych prostokątnych jamek (dzień – szczur śpi) i plateau (noc – szczur nie śpi). Muchy domowe wylęgają się głównie z poczwarek rano. Ta adaptacja ma tak głębokie korzenie, że nawet w warunkach stałego oświetlenia, temperatury i wilgotności muchy zachowują swoją charakterystyczną okresowość zachowań.

Wiele zwierząt – różnego rodzaju ptaki, żółwie, pszczoły itp. – kieruje swoją wędrówką po ciałach niebieskich. Wydaje się, że do tego potrzebna jest nie tylko dobra pamięć, która pozwala zapamiętać położenie Słońca lub innych opraw oświetleniowych, ale także coś w rodzaju chronometru pokazującego, ile czasu zajęło Słońcu i gwiazdom zajęcie nowego miejsca w niebo. Organizmy z takim wewnętrznym zegarem biologicznym mają jeszcze jedną zaletę – potrafią „przewidzieć” nadejście regularnie powtarzających się zdarzeń i odpowiednio przygotować się na nadchodzące zmiany. W ten sposób pszczoły pomagają swoim wewnętrznym zegarom polecieć do kwiatu, który odwiedziły wczoraj, dokładnie w czasie, gdy kwitnie. Kwiat odwiedzany przez pszczołę ma też jakiś wewnętrzny zegar, jakiś wewnętrzny zegar, który sygnalizuje czas kwitnienia. Każdy wie o istnieniu własnego zegara biologicznego. Budząc się kilka dni z rzędu od budzika, szybko przyzwyczajasz się do wstawania zanim co on nazywa. Dziś istnieją różne punkty widzenia na naturę zegarów biologicznych, ich zasadę działania, ale jedno jest pewne - naprawdę istnieją i są szeroko rozpowszechnione w dzikiej przyrodzie. Pewne rytmy wewnętrzne są również nieodłączne od człowieka. Reakcje chemiczne w jego ciele zachodzą, jak pokazano powyżej, z określoną częstotliwością. Nawet podczas snu aktywność elektryczna ludzkiego mózgu zmienia się co 90 minut.

Zegar biologiczny, zdaniem wielu naukowców, to kolejny czynnik środowiskowy, który ogranicza aktywność istot żywych. Swobodnemu osiedlaniu się zwierząt i roślin uniemożliwiają nie tylko bariery środowiskowe, są one związane ze swoim siedliskiem nie tylko konkurencją i symbiotycznymi relacjami, granice ich zasięgu wyznaczane są nie tylko przez adaptacje, ale ich zachowanie jest również kontrolowane pośrednio, poprzez wewnętrzny Zegar biologiczny, ruch odległych ciał niebieskich.



Bieżąca strona: 7 (w sumie książka ma 43 strony) [dostępny fragment lektury: 29 stron]

2.2.5. Rytmy sezonowe (okołoroczne)

Rytmy biologiczne z okresem równym jednemu rokowi (dobowemu) tradycyjnie nazywa się rytmami sezonowymi. Pomimo postępu w rozwoju ochrony przed nagłe zmiany parametry środowiskowe, osoba ma roczne wahania procesów biochemicznych, fizjologicznych i psychofizjologicznych. Biorytmy sezonowe, obejmujące w zasadzie wszystkie funkcje, znajdują odzwierciedlenie w stanie organizmu jako całości, na zdrowiu i zdolności do pracy osoby.

Podstawy rytmów dobowych. Kompleks zewnętrznych i przyczyny wewnętrzne, powodując rytmy okołoroczne, można warunkowo podzielić na trzy grupy zgodnie z mechanizmem działania.

1. Adaptacyjne zmiany stanu funkcjonalnego organizmu, mające na celu skompensowanie rocznych wahań głównych parametrów środowiskowych, a przede wszystkim temperatury oraz składu jakościowego i ilościowego pożywienia.

2. Reakcja na czynniki sygnału środowiskowego - godziny dzienne, intensywność geograficzna pole magnetyczne, niektóre chemiczne składniki żywności. Czynniki środowiskowe pełniące rolę sezonowych „czujników czasu” mogą powodować znaczące zmiany morfologiczne i funkcjonalne w ciele.

3. Endogenne mechanizmy biorytmów sezonowych. Działanie tych mechanizmów ma charakter adaptacyjny, zapewniając pełną adaptację organizmu do sezonowych zmian parametrów środowiskowych.

Sprzężenie sezonowych zmian oświetlenia, warunków temperatury otoczenia i składu pokarmu utrudnia wyodrębnienie ich roli w kształtowaniu się rytmów okołorocznych układów fizjologicznych organizmu. Należy zwrócić uwagę na istotne znaczenie czynników społecznych w kształtowaniu się sezonowych biorytmów u ludzi.

Wahania sezonowe charakteru ludzkich reakcji behawioralnych.

W procesie żywienia całkowita kaloryczność żywności wzrasta w okresie jesienno-zimowym. Ponadto latem wzrasta spożycie węglowodanów, a zimą tłuszczów. To ostatnie prowadzi do wzrostu całkowitej zawartości lipidów, trójglicerydów i wolnych tłuszczów we krwi. Skład witamin w pożywieniu ma istotny wpływ na zmianę stanu funkcjonalnego organizmu w różnych porach roku.

Intensywność metabolizmu energetycznego jest większa w okresie zimowo-wiosennym w porównaniu z latem, a oddawanie ciepła z powierzchni skóry przebiega w odwrotnym kierunku. W zależności od pory roku istnieje znaczna różnica w termoregulacyjnej reakcji organizmu na stres związany z ciepłem i zimnem. Odporność na obciążenia termiczne wzrasta latem i spada zimą. Intensywność procesów wzrostu charakteryzuje się wyraźną sezonowością. Maksymalny wzrost masy ciała u dzieci obserwuje się w miesiącach letnich.

Istnieje wiele danych dotyczących sezonowych wahań w układzie neuroendokrynnym. Tak więc aktywność przywspółczulnego podziału autonomicznego układu nerwowego jest maksymalna w miesiącach wiosennych. Jednocześnie wzrasta stężenie hormonów tropikalnych przysadki we krwi. Aktywność tarczycy wzrasta w miesiącach zimowych. Czynność glikokortykosteroidowa nadnerczy jest minimalna latem, a aktywność układu współczulno-nadnerczowego osiąga szczyt w miesiącach zimowych.

Sezonowa dynamika funkcji rozrodczej związana jest z fotoperiodyzmem (wahaniami czasu trwania światła dziennego i ciemności). Wraz z wydłużeniem nocy następuje wzrost produkcji melatoniny przez szyszynkę, co z kolei prowadzi do zahamowania funkcji gonadotropowej układu podwzgórzowo-przysadkowego.

Według licznych obserwacji aktywność funkcjonalna układu sercowo-naczyniowego jest wyższa w miesiącach wiosennych. Przejawia się to w więcej wysokie stawki tętno, ciśnienie krwi, kurczliwość mięśnia sercowego. Kompleksowe badania krążenia, oddychania i krwi pokazują, że wahania sezonowe są charakterystyczne dla systemu transportu tlenu w organizmie i są najwyraźniej zdeterminowane wahaniami intensywności metabolizmu energetycznego.

Sezonowe wahania intensywności metabolizmu energetycznego i aktywności układu neuroendokrynnego powodują regularne wahania aktywności różnych układów fizjologicznych organizmu. Obserwacje stanu i zachowania osoby ujawniają sezonowe zmiany wydajności. Tak więc poziom sprawności fizycznej jest minimalny zimą i maksymalny późnym latem - wczesną jesienią.

2.2.6. Wpływ czynników heliogeofizycznych na biorytmy człowieka

Termin „czynniki heliogeofizyczne” oznacza zespół czynników fizycznych, które wpływają na organizm człowieka i są związane z aktywnością słoneczną, rotacją Ziemi, fluktuacjami pól geomagnetycznych, cechami strukturalnymi i stanem atmosfery. Czynniki heliogeofizyczne determinują warunki pogodowe i klimatyczne. Ich wahania, zarówno pojedynczo, jak i w połączeniu, mogą mieć niejednoznaczny wpływ na biorytmy człowieka.

Czynniki aktywności słonecznej są ważnym elementem synchronizacji rytmu układów biologicznych w zakresach mezo- i makrorytmów (tab. 2.6). Ultradańskie rytmy faz snu są modulowane przez aktywność słoneczną. Częstotliwości niektórych biorytmów krótkookresowych korelują z częstotliwościami mikropulsacji regulacyjnych pola geomagnetycznego i oscylacji akustycznych, które występują podczas burz magnetycznych. Wiodącą składową tych oscylacji jest częstotliwość około 8 Hz. Na przykład rytm drżenia, rytm fali EEG alfa, Rytm EKG korelują z częstotliwościami pulsacji elektromagnetycznych. Rytm mitochondriów, glikolizy i syntezy białek koreluje ze zjawiskami akustycznymi (infradźwiękami). Istnieją dowody na istnienie biorytmów o zakresie wahań pulsacji słonecznej (2 godz. 40 min). Bardziej znane są prawie tygodniowe lub wielokrotne zmiany parametrów fizjologicznych człowieka. Okazało się, że rytm ten jest związany z przejściem Ziemi w pobliżu granic sektorów międzyplanetarnego pola magnetycznego.

Zbadano również wpływ na biorytmy czynników pogodowych, takich jak temperatura powietrza, wilgotność, ciśnienie atmosferyczne itp. Okazało się, że parametry fizjologiczne są częściej związane z warunkami pogodowymi za pomocą prostych zależności liniowych. Tak więc wraz ze wzrostem dowolnego czynnika pogodowego (na przykład temperatury powietrza) następuje wzrost wartości parametrów fizjologicznych człowieka (na przykład ciśnienie krwi, częstość oddechów, siła mięśni rąk) lub ich spadek.

W niektórych przypadkach (zależność temperatury ciała od temperatury zewnętrznej, zależność temperatury ciała i częstości oddechów od ciśnienia atmosferycznego itp.) czynniki pogodowe powodują naprzemienną reakcję wzmocnienia i osłabienia, czyli utrzymują oscylacyjny stan funkcji.

Tabela 2.6. Okresy i cykle czynników heliofizycznych (za: B.M. Vladimirsky, 1980)

Wyniki badań pozwoliły wyróżnić dwa rodzaje wpływów czynników geomagnetycznych i pogodowych na zmiany parametrów fizjologicznych.

Wpływ aktywności słonecznej (rozbłyski chromosferyczne) i czynników pogodowych (które same w sobie zależą od aktywności słonecznej) najczęściej przejawia się w postaci prostych zależności liniowych. Skutki stałego pola magnetycznego i przypadkowych zaburzeń magnetycznych są nieliniowe i tworzą stałe i „rytmiczne” tło, powodując (w zależności od własnych parametrów i stanu funkcjonalnego układu żywego) reakcję wzmocnienia lub osłabienia funkcji .

...

Tak więc ziemskie pola magnetyczne zdają się wspierać istnienie obwody oscylacyjne, podczas gdy aktywność słoneczna i czynniki pogodowe modulują rytmy biologiczne.

Dla organizmu z już uformowanym układem biorytmicznym wpływy zewnętrzne odgrywają rolę „czujników czasu”, wspierających poziom ogólny fluktuacje (co widać pod wpływem parametrów pola magnetycznego i niektórych czynników pogodowych), dostosowanie okresu (zmiana rytmu w różnych porach roku na skutek zmian oświetlenia i innych czynników) oraz amplitudy oscylacji (wpływ ciśnienia atmosferycznego, wilgotności , temperatura, rozbłyski słoneczne ).

2.2.7. Adaptacyjna restrukturyzacja rytmów biologicznych

...

Przy gwałtownej zmianie rytmów środowiska zewnętrznego (geofizycznego lub społecznego) występuje niedopasowanie endogennie określonych fluktuacji funkcji fizjologicznych osoby. Nazywa się takie naruszenie sprzężenia okresowych oscylacji funkcjonalnie połączonych układów ciała desynchronoza.

Objawy desynchronozy ograniczają się do zaburzeń snu, zmniejszenia apetytu, nastroju, sprawności umysłowej i fizycznej oraz różnych zaburzeń nerwicowych. W niektórych przypadkach odnotowuje się choroby organiczne (zapalenie żołądka, wrzód trawienny itp.).

Nazywa się stan, w którym układ rytmów dobowych organizmu nie odpowiada chwilowym warunkom środowiskowym zewnętrzna desynchronoza. Pod wpływem nowych „czujników czasu” rozpoczyna się restrukturyzacja wcześniej ustalonego systemu rytmów dobowych organizmu. Jednocześnie funkcje fizjologiczne są odbudowywane z różnymi prędkościami, zaburzona jest struktura fazowa rytmów funkcji fizjologicznych - wewnętrzna desynchronizacja. Towarzyszy całemu okresowi adaptacji organizmu do nowych przejściowych warunków i czasami trwa kilka miesięcy.

Wśród czynników prowadzących do adaptacyjnej restrukturyzacji rytmów biologicznych znajdują się:

- zmiana stref czasowych (podróże na znaczne odległości w kierunku równoleżnikowym, przeloty transpołudnikowe);

– stabilne niedopasowanie fazowe z czujnikami czasu lokalnego rytmu „sen-czuwanie” (praca na wieczorną i nocną zmianę);

- częściowe lub całkowite wyłączenie czujników czasu geograficznego (warunki Arktyki, Antarktyki itp.);

– narażenie na różne stresory, wśród których mogą być drobnoustroje chorobotwórcze, ból i bodźce fizyczne, psychiczne lub zwiększone napięcie mięśni itp.

Coraz częściej pojawiają się informacje o niedopasowaniu rytmów biologicznych osoby do rytmów jego aktywności społecznej, które składają się na sposób życia - tryb pracy i odpoczynku itp.

Restrukturyzacja biorytmów następuje również pod wpływem niekorzystnych warunków, które nie są przede wszystkim związane z transformacją rytmów i tylko wtórnie prowadzą do rozwoju desynchronozy. Taki efekt ma np. zmęczenie. Dlatego w niektórych przypadkach do swoistej synchronizacji dochodzi w wyniku nietypowych lub nadmiernych obciążeń układu okołodobowego (np. przesunięcia czasowe), w innych zaś do nieswoistej desynchronozy dochodzi w wyniku niekorzystnych czynników społecznych i biologicznych oddziałujących na organizm.

Wyróżnia się następujące typy desynchronozy: ostrą i przewlekłą, jawną i ukrytą, częściową i całkowitą oraz asynchronozę.

Ostra desynchronoza pojawia się sporadycznie w przypadku nagłego niedopasowania czujników czasu i rytmów dobowych ciała (np. reakcja na szybki pojedynczy ruch w kierunku równoleżnikowym), natomiast przewlekła - z powtarzającymi się niedopasowaniami czujników czasu i rytmów dobowych ciała (np. np. reakcja na powtarzające się ruchy w kierunku transpołudnikowym lub przy adaptacji do pracy na nocnej zmianie).

Wyraźna desynchronoza objawia się subiektywnymi reakcjami na niedopasowanie czujników czasu do dobowych cykli organizmu (skargi na zły sen, zmniejszony apetyt, drażliwość, senność w dzień itp.). Obiektywnie następuje spadek wydolności do pracy, niespójność fazy funkcji fizjologicznych z czujnikami czasu. Wyraźna desynchronoza zanika z czasem: poprawia się stan zdrowia, przywracana jest wydajność, częściowo następuje synchronizacja w fazie rytmów poszczególnych funkcji i czujników czasu. Jednak od częściowej do całkowitej restrukturyzacji układu dobowego potrzebny jest znacznie dłuższy okres czasu (do kilku miesięcy), podczas którego ustala się objawy tzw. utajonej desynchronozy.

Częściowa, całkowita desynchronoza oraz asynchronoza odzwierciedlają głównie inny stopień desynchronizacji funkcji w ciele, co wynika ze stopnia rozbieżności faz ich rytmów. W pierwszym przypadku niedopasowanie rytmów dobowych funkcji, desynchronizacja obserwuje się tylko w niektórych ogniwach, w drugim przypadku w większości ogniw układu dobowego. W najcięższym stopniu - asynchronozie - poszczególne ogniwa systemu okołodobowego okazują się całkowicie rozłączone, zdesynchronizowane, co w rzeczywistości jest nie do pogodzenia z życiem.

Duże obciążenie układu chronofizjologicznego ciała tworzą loty ze zmianą stref czasowych. Czas trwania i charakter restrukturyzacji funkcji fizjologicznych w tym przypadku zależą od wielu czynników, z których wiodącym jest wielkość zmiany godzinowej. Wyraźna restrukturyzacja rytmów dobowych rozpoczyna się po przelocie przez 4 lub więcej stref czasowych. Następny czynnik to kierunek ruchu. Badania różnych kontyngentów ludzi podczas lotów transpołudnikowych zarówno na zachód, jak i na wschód wykazały, że ruchy w różnych kierunkach mają swoją specyfikę. Równie ważną rolę odgrywa kontrast klimatyczny punktów lotu.

Warto zauważyć, że podczas lotu transpołudnikowego zmiany funkcjonalne w ciele (subiektywny dyskomfort, reakcje emocjonalne, hemodynamiczne itp.) Są bardziej wyraźne niż podczas powolnego przekraczania stref pasa (pociągiem, na statkach), gdy osoba „wpasowuje się” stopniowo w przemieszczoną przestrzenną, tymczasową strukturę środowiska. Niemniej poruszaniu się pociągiem towarzyszy jej subiektywny dyskomfort, specyficzny dla różnych kierunków.

Tempo restrukturyzacji rytmu dobowego zależy również od wieku i płci osoby, jej indywidualnych cech i przynależności zawodowej. Tak więc normalizacja rytmu dobowego u kobiet następuje szybciej niż u mężczyzn. Przyczyną jest anatomiczna i fizjologiczna niedojrzałość ciała dziecka oraz mobilność manifestacji czynnościowych u młodzieży łatwy początek desynchronoza. Jednocześnie wysoka plastyczność OUN u młodzieży zapewnia ich szybszą i mniej trudną adaptację do ruchu transpołudnikowego. Najmniej wyraźne i szybsze są wszystkie reakcje organizmu u dobrze wytrenowanych sportowców.

Etapy procesu adaptacji. Badania wykazały, że proces adaptacji ciała przy zmianie stref czasowych przebiega etapami. Wyróżnia się fazę desynchronizacji, fazę niestabilnej synchronizacji i fazę synchronizacji stabilnej, w której normalizuje się zarówno fazy samych rytmów dobowych, jak i relacje między nimi. Należy zauważyć, że proces rearanżacji rytmów okołodobowych różnych układów fizjologicznych przebiega stosunkowo niezależnie iw różnym tempie. Najszybciej odbudowuje się reżim snu i czuwania, proste reakcje psychomotoryczne. Przywrócenie rytmu dobowego złożonych funkcji psychofizjologicznych następuje w ciągu 3–4 dni. Do restrukturyzacji rytmów układu sercowo-naczyniowego, oddechowego, pokarmowego, wydalniczego potrzebny jest dłuższy okres. Najdłuższy czas (12–14 dni) jest potrzebny na restrukturyzację dobowego rytmu termoregulacji, aktywności hormonalnej i podstawowej przemiany materii zgodnie z nowym czasem standardowym.

Silnymi synchronizatorami rytmów dobowych procesów biochemicznych i fizjologicznych są aktywność ruchowa, pory snu i posiłków. Tryb snu i czuwania odgrywa główną rolę w przyspieszeniu normalizacji rytmu dobowego podczas wielogodzinnych ruchów równoleżnikowych.

Podczas kompilacji specjalna dieta i dieta uwzględniają:

1) działanie żywności jako czujnika czasu;

2) chronobiologiczne działanie teofiliny w herbacie i kofeiny w kawie;

3) mienie żywności, bogaty w proteiny, promują syntezę katecholamin, a pokarmy bogate w węglowodany – syntezę serotoniny.

Wykazano, że podczas czuwania wymagany jest stosunkowo wysoki poziom adrenaliny i noradrenaliny, a podczas snu serotoniny.

Niektórzy badacze proponują ustalenie trybu życia odpowiadającego nowemu czasowi standardowemu na kilka dni przed lotem. Jednak kwestia ta pozostaje dyskusyjna.

W przypadku krótkich podróży służbowych zaleca się, aby nie zmieniać zwykłej codziennej rutyny i godzin snu, a jeśli to konieczne, zażyć pigułkę nasenną lub tonik. Możliwe jest również połączenie tych środków. Rytmy dobowe po locie znacznie szybciej wracają do zdrowia w specjalnych reżimach naprzemiennego światła i ciemności.

2.3. Ogólne problemy przystosowanie organizmu człowieka do różnych regionów klimatycznych i geograficznych

2.3.1. Adaptacja człowieka do warunków Arktyki i Antarktyki

czynniki środowiskowe. W warunkach Arktyki i Antarktyki na człowieka wpływa zespół czynników, takich jak niska temperatura, wahania pól geomagnetycznych i elektrycznych, ciśnienie atmosferyczne itp. Stopień ich oddziaływania może być różny w zależności od warunków klimatycznych i geograficznych. cechy terenu. Jednak te czynniki nie są takie same dla Ludzkie ciało. Historycznie główny nacisk kładziono na badanie wpływu zimna na organizm ludzki. Dopiero w drugiej połowie ubiegłego wieku badacze zwrócili uwagę na działanie innych czynników.

...

Obecnie uważa się, że zjawiska o charakterze kosmicznym, takie jak promienie kosmiczne i zmiany aktywności słonecznej, mają szczególnie istotny wpływ na człowieka. Cechy struktury sfery geomagnetycznej są takie, że w rejonie „zimnych” szerokości geograficznych Ziemia jest najsłabiej chroniona przed promieniowaniem kosmicznym. Reżim promieniowania, który jest wiodącym w kompleksie elementów klimatycznych wpływających na człowieka, podlega znacznym wahaniom.

Ciągła zmiana fizycznych czynników środowiskowych towarzysząca przemianom nocy polarnej i dnia polarnego (przede wszystkim charakter reżimu świetlnego) determinuje rytmiczne cechy reakcji organizmu. Jednocześnie w procesie adaptacyjnym biorą udział wszystkie fizjologiczne układy organizmu.

Według V. P. Kaznacheeva, Czynniki biofizyczne charakteryzują się wpływem zaburzeń geomagnetycznych i kosmicznych na procesy biochemiczne i biofizyczne w organizmie, a następnie zmianą struktury błon komórkowych. Przesunięcia, które powodują na poziomie molekularnym, stymulują dalsze reakcje metaboliczne na poziomie komórkowym, tkankowym i organizmu.

Fazy ​​adaptacji człowieka do warunków Arktyki i Antarktyki.

Czas trwania każdej fazy zależy od czynników obiektywnych i subiektywnych, takich jak warunki klimatyczne, geograficzne i społeczne, indywidualne cechy organizmu itp.

Wstępny okres adaptacji trwa do sześciu miesięcy. Charakteryzuje się destabilizacją funkcji fizjologicznych.

Druga faza trwa 2-3 lata. W tej chwili następuje pewna normalizacja funkcji, co odnotowuje się zarówno w spoczynku, jak i podczas ćwiczeń.

W trzeciej fazie, która trwa 10-15 lat, stan organizmu stabilizuje się. Jednak, aby utrzymać nowy poziom aktywności życiowej, konieczne jest ciągłe napięcie mechanizmów regulacyjnych, które może prowadzić do wyczerpania rezerwowych zdolności organizmu.

Formy reakcji organizmu na kompleks czynników o dużych szerokościach geograficznych.

Są reakcje niespecyficzne i specyficzne.

U źródła niespecyficzny reakcje adaptacyjne to mechanizmy nerwowe i humoralne. Najczęstszą niespecyficzną reakcją jest pobudzenie ośrodkowego układu nerwowego, któremu towarzyszy wzrost metabolizmu, aktywność gruczołów dokrewnych oraz funkcje narządów i układów organizmu.

U źródła konkretny reakcje (na przykład zespół stresu polarnego i antarktycznego) to zespół zmian funkcjonalnych w sferze psychosomatycznej i wegetatywnej na poziomie systemowym i tkankowym. Wśród czynników powodujących ten stan organizmu prym wiodą czynniki psychologiczne, społeczne i biofizyczne.

Wielu autorów zwraca uwagę na sezonowy charakter zmian reakcji organizmu w warunkach Arktyki i Antarktyki. Tak więc podczas nocy polarnej populacja odwiedzających jest zdominowana przez procesy hamujące w ośrodkowym układzie nerwowym. Zmniejsza się pojemność systemów analizatorów, zmniejsza się niezawodność działania integracyjnych funkcji mózgu. Obiektywnym zmianom w wyższej aktywności nerwowej z reguły towarzyszą skargi na ogólne osłabienie, osłabienie, senność, zmęczenie, bóle głowy i przemijające bóle w okolicy serca. Narastają różnego rodzaju zaburzenia neurasteniczne, depresja psychiczna i niezrównoważone zachowanie. Uciskowi sfery psychicznej towarzyszy naruszenie funkcji autoregulacyjnych mózgu. Zaobserwowano znaczne zahamowanie odruchów naczyniowych i oddechowych. Podczas nocy polarnej migranci najwyraźniej przejawiają biegunową duszność, aż do naruszenia normalnego rytmu oddychania. Zmniejszona podstawowa przemiana materii. Zmienność sezonowa jest nierozerwalnie związana z mechanizmami termoregulacji fizycznej i chemicznej.

Wiadomo, że największa liczba choroby występują w środku nocy polarnej. Wynika to ze zmniejszenia reaktywności immunologicznej organizmu. Polarnicy odkryli spadek liczby erytrocytów i hemoglobiny, co tłumaczy się długim brakiem światła słonecznego w zimie.

Z kolei dzień polarny, ze swoim nadmiernym promieniowaniem ultrafioletowym, może mieć subekstremalny wpływ na organizm. W tym przypadku przełamane zostają stereotypowe reakcje powstałe podczas nocy polarnej. Najpierw dzień polarny wywołuje ekscytujący efekt, ale potem rozwijają się zjawiska nadmiernego pobudzenia i przepracowania. Jest to ułatwione przez gwałtowny wzrost natężenia światła naturalnego, który prowadzi do wzrostu napięcia kory wzrokowej i, poprzez przewód wzrokowo-wegetatywny, leżących poniżej ośrodków podkorowych. Pobudzenie kory wzrokowej promieniuje na inne obszary.

Okres dnia polarnego charakteryzuje się przewagą tonu współczulnego podziału autonomicznego układu nerwowego, wzrostem poziomu adrenaliny i kortykosteroidów we krwi. W tym czasie wzrasta przewodność elektryczna i temperatura skóry, wzrasta tętno, ciśnienie krwi, częstość oddechów i zużycie tlenu. Jednak przedłużona i ciągła stymulacja światłem prowadzi do przejścia wzbudzenia w stan ochronnego zahamowania.

Informacje o trendzie zmian zachodzących w systemy fizjologiczne organizm w warunkach Arktyki i Antarktyki jest bardzo sprzeczny. Powodów jest wiele. Może to obejmować różnicę w warunkach przyrodniczych i społecznych miejsc, w których prowadzono badania (miasta, stacje badawcze, statki), niejednorodność składu badanych według wieku, płci, przynależności zawodowej, rozbieżność między metody i terminy badań itp.

Stopień zaangażowania poszczególnych układów organizmu w proces adaptacji do warunków Arktyki i Antarktyki determinowany jest modalnością czynników ekstremalnych oraz indywidualną reaktywnością organizmu. Na przykład modulują głównie czynniki psycho-emocjonalne i społeczne stan funkcjonalny mózg, czynniki geofizyczne - metabolizm tkankowy zrębu i miąższu; zimne mechanizmy termoregulacji fizycznej i chemicznej.

System nerwowy

Reakcje organizmu mające na celu utrzymanie homeostazy w ekstremalnych i subekstremalnych warunkach egzystencji w Arktyce i Antarktyce regulowane są przede wszystkim przez ośrodkowy układ nerwowy. Działanie określonego kompleksu bodźców powoduje funkcjonalną restrukturyzację kory półkule i podkorowe ośrodki wegetatywne. Humoralne składniki regulacji biorą udział w reakcjach organizmu poprzez ośrodki podkorowe i podwzgórze: hormony, metabolity, mediatory adrenergiczne i cholinergiczne, witaminy itp. Wszystko to prowadzi do restrukturyzacji aktywności elementów strukturalnych organizmu przy na różnych poziomach (organizmowym, ogólnoustrojowym, narządowym, tkankowym, molekularnym) oraz w określonej kolejności w zależności od etapów adaptacji.

U osób, które po raz pierwszy znalazły się w warunkach Arktyki i Antarktyki, występuje zespół objawów, który nazywamy zespołem stresu psycho-emocjonalnego. Jego wygląd wskazuje na obciążenie mechanizmów adaptacyjnych. Główna manifestacja kliniczna zespół napięcia psycho-emocjonalnego to lęk o różnym nasileniu, od stanu dyskomfortu psychicznego do neurotycznego poziomu lęku. Niepokój można łączyć z pewną poprawą nastroju, euforią i zwiększoną aktywnością psychomotoryczną. Niepokój ruchowy w strukturze zespołu stresu psychoemocjonalnego ma charakter działania celowego. Wyraża się w zwiększonej chęci do pracy, różne formy aktywność społeczna. To łagodzi uczucie dyskomfortu psychicznego, uspokaja na chwilę.

Procesowi adaptacji do warunków Arktyki i Antarktyki towarzyszy zmiana wskaźników psychofizjologicznych, takich jak siła i mobilność procesy nerwowe. Uwaga, zróżnicowane hamowanie, asocjacyjne funkcje zapamiętywania nie ulegają zmianie. Zespół stresu psychoemocjonalnego charakteryzuje się szeregiem nieprawidłowości fizjologicznych. U osób z silnym stresem emocjonalnym istnieje wyraźna tendencja do podwyższania ciśnienia krwi. Uwarunkowane i nieuwarunkowane odruchy naczyniowe i oddechowe ulegają znacznym zmianom.

U niektórych osób, gdy procesy adaptacji do warunków Arktyki i Antarktyki są zaburzone, w organizmie często dochodzi do zmian patologicznych. Terminy używane do oznaczenia takiej reakcji to „nerwica dezadaptacyjna” lub „syndrom dezadaptacji”.

O skuteczności adaptacji psychologicznej do warunków Arktyki i Antarktyki w dużej mierze decyduje motywacja. Jest to znacznie ułatwione u osób o usposobieniu społecznym, zainteresowanych bodźcami materialnymi, a zwłaszcza moralnymi.

Układ hormonalny

Chłodny klimat wysokich szerokości geograficznych jest jednym z najbardziej niekorzystnych czynników wpływających na ludzi na tych terenach. Utrzymujący się wzrost napięcia układu współczulno-nadnerczowego, wysoka aktywność tarczycy należą do najbardziej charakterystycznych zmian w regulacja hormonalna u osób adaptujących się do warunków polarnych. Wykazano istotną rolę katecholamin i hormonów tarczycy w regulacji bilansu kalorycznego organizmu.

Proces adaptacji do temperatury dzieli się na kilka faz. Początkowo wzrost odporności na zimno, jak w przypadku każdego stresującego efektu, osiąga się poprzez niespecyficzną mobilizację układu hormonalnego. W przyszłości wzrasta rola poszczególnych komponentów. Wśród innych mechanizmów swoistej adaptacji do zimna duże miejsce zajmuje wzrost kalorygennego działania noradrenaliny.

W warunkach Arktyki dla człowieka stan, który nie jest obojętny, jest rodzajem okresowości światła. Wykazano ścisły związek między troficznymi mechanizmami nerwowymi i hormonalnymi w organizmie a naturą fotoperiodyzmu. Wahania rytmiczne wydzielania hormonów tropikalnych przysadki mózgowej zachodzące pod wpływem zmiany światła i ciemności są przyczyną cykliczności procesów fizjologicznych. U ludzi okres światła odpowiada przewadze tonu części współczulnej autonomicznego układu nerwowego i podwyższonemu poziomowi adrenaliny i kortykosteroidów, okres ciemny odpowiada przewadze tonu przywspółczulnego i zwiększonemu poziomowi hormonu melanotropowego.

...

Badania przeprowadzone z wykorzystaniem analizy korelacji wykazały, że duża liczba parametry klimatyczne i geofizyczne charakteryzujące warunki Arktyki i Antarktyki (ciśnienie atmosferyczne, temperatura, prędkość wiatru, wilgotność itp.), które są szczególnie ważne dla mobilizacji funkcje endokrynologiczne nastąpiła zmiana w ziemskim polu magnetycznym. Wysoka jonizacja atmosfery Arktyki, bliskość bieguna magnetycznego sprawiają, że region ten jest najbardziej niekorzystny pod względem zmian natężenia i częstotliwości oscylacji pola magnetycznego. Wykazano ścisły związek między działaniem tych czynników a poziomem wydalania obojętnych ketosteroidów i adrenaliny.

Oprócz czynników naturalnych stan psycho-emocjonalny człowieka ma istotny wpływ na dynamikę zmian endokrynologicznych. Stopień zmiany homeostazy endokrynnej zależy od czasu spędzonego na północy.

Układ krwi

Informacje o stanie krwinek czerwonych w populacji odwiedzających Arktykę i Antarktykę są skrajnie sprzeczne. Na Antarktydzie, w warunkach wysokogórskich, polarnicy z reguły mają aktywację erytropoezy spowodowaną wzrostem poziomu erytropoetyn we krwi pod wpływem hipoksji na dużych wysokościach. U przybyszów do Arktyki, pod wpływem takich czynników jak zimno, wielomiesięczny brak światła słonecznego, względna bezczynność fizyczna, brak witamin, dochodzi do spadku liczby czerwonych krwinek i hemoglobiny. Charakteryzują się znaczną leukopenią, zmniejszoną liczbą kłujących i segmentowanych neutrofili, monocytów. Zwiększa się zawartość eozynofili, czasami pojawia się eozynopenia.

Krzepnięcie krwi zależy od czasu adaptacji. Początkowo wydłuża się czas krzepnięcia i ponowne zwapnienie krwi, a tolerancja osocza na heparynę spada. Zwiększa liczbę płytek krwi i ich aktywność. W przyszłości proces krzepnięcia krwi ulega znacznemu skróceniu. Wraz ze spadkiem tolerancji osocza na heparynę zwiększa się jej aktywność fibrynolityczna i przyspiesza się czas powstawania skrzepliny. Po kilku latach na Północy te liczby są znormalizowane.

W procesie adaptacji do warunków arktycznych u ludzi zmniejsza się ogólna reaktywność immunologiczna i zmniejsza się aktywność fagocytarna krwi. Wynika to z tłumienia tworzenia przeciwciał, przesunięć w formule leukocytów. W rezultacie ludzie częściej chorują.

Układ sercowo-naczyniowy

Adaptacja układu sercowo-naczyniowego ludzi do kompleksu czynników naturalnych charakterystycznych dla dużych szerokości geograficznych ma charakter fazowy. Krótki pobyt w warunkach Arktyki (2–2,5 roku) prowadzi do mobilizacji reakcji adaptacyjnych układu krążenia, czemu towarzyszy przyspieszone tętno, podwyższone ciśnienie krwi, obwodowe opór naczyniowy.

Dalszy pobyt na północy (3–6 lat) charakteryzuje się takimi zmianami w układzie sercowo-naczyniowym, jak stopniowy spadek częstości akcji serca, umiarkowany spadek skurczowej i minutowej objętości krwi.

Przy długotrwałym przebywaniu w Arktyce (10 lat lub więcej) następuje dalsza restrukturyzacja funkcjonowania układu krążenia. Charakteryzuje się tendencją do bradykardii, wyraźnym spadkiem skurczowej i minimalnej objętości krwi, kompensacyjnym wzrostem ciśnienia krwi i obwodowym oporem naczyniowym. Uważa się, że jest to spowodowane wyczerpaniem mechanizmów regulacyjnych, zwiększoną kontrolą układu przywspółczulnego, a następnie rozwojem ujemnej chronotropowej i działanie inotropowe, rozwój zjawisk desynchronozy w czasopismach o ciśnieniu tętniczym. Jednocześnie wzrasta częstość występowania nadciśnienia tętniczego, zawału mięśnia sercowego.

Podczas silnych mrozów i wiatrów 200-300, a czasem 500 pingwinów gromadzi się w tłumie i prostując się na pełną wysokość, mocno dociska się do siebie, tworząc tak zwany „żółw” - ciasny krąg. Ten krąg obraca się powoli, ale stale wokół środka, stłoczone ptaki ogrzewają się nawzajem. Po burzy pingwiny się rozpraszają. Francuskich naukowców uderzyła taka „publiczna” termoregulacja. Mierząc temperaturę wewnątrz „żółwia” i na jego krawędziach, upewnili się, że przy -19°C temperatura ptaków w środku osiągnęła 36°C, a do czasu pomiaru temperatury ptaki głodowały przez około 2 miesiące. Sam pingwin codziennie traci na wadze ponad 200 g, a u „żółwia” około 100 g, czyli „spala paliwo” o połowę mniej.

Widzimy, że cechy adaptacji mają ogromne znaczenie dla przetrwania gatunku. W maju - czerwcu, kiedy na Antarktydzie panuje zima, pingwiny cesarskie składają jaja o masie ok. 400-450 g. Do dnia złożenia jaj samica głoduje. Następnie samice pingwinów wyjeżdżają na dwumiesięczną kampanię pożywienia, a samce cały czas nic nie jedzą, podgrzewając jajo. Z reguły pisklęta opuszczają jajo po powrocie matki. Pisklęta wychowywane są przez matkę od około lipca do grudnia.

Wiosną na Antarktydzie kry zaczynają się topić i rozpadać. Te lodowe kry przenoszą młode i dorosłe pingwiny na otwarte morze, gdzie dzieci w końcu stają się niezależnymi członkami niesamowitej społeczności pingwinów. Ta sezonowość objawia się z roku na rok.

Sezonowe zmiany w procesach fizjologicznych obserwuje się również u ludzi. Jest wiele informacji na ten temat. Obserwacje naukowców świadczą o tym, że „przyswajanie rytmu” (AA Ukhtomsky) zachodzi nie tylko w mikroprzedziałach czasu, ale także w makroprzedziałach. Najbardziej uderzającymi z czasowych zmian cyklicznych w procesach fizjologicznych są roczne zmiany sezonowe ściśle związane z sezonowymi cyklami meteorologicznymi, a mianowicie wzrost podstawowej przemiany materii wiosną i spadek jesienią i zimą, wzrost procentu hemoglobiny wiosną i latem , zmiana pobudliwości ośrodka oddechowego wiosną i latem. Naukowcy odkryli, że zawartość hemoglobiny i liczba erytrocytów we krwi człowieka są o 21% wyższe zimą niż latem. Maksymalne i minimalne ciśnienie krwi wzrasta z miesiąca na miesiąc, gdy robi się chłodniej. Różnica między letnim a zimowym ciśnieniem krwi sięga 16%. Układ naczyniowy i krew są szczególnie wrażliwe na zmiany sezonowe. Maksymalne i minimalne ciśnienie krwi latem jest niższe niż zimą. Liczba erytrocytów latem u mężczyzn jest nieco wyższa, au kobiet niższa niż zimą, a wskaźnik hemoglobiny, przeciwnie, latem jest niższy u mężczyzn, a wyższy u kobiet niż w innych porach roku. Wskaźnik barwy krwi latem jest niższy niż w innych porach roku.

Nieco inne dane uzyskali A. D. Słonim i jego współpracownicy obserwując ludzi żyjących w warunkach Północy. Odkryli, że więcej wysoki procent hemoglobinę we krwi obserwuje się w miesiącach letnich, a najmniejszą - zimą i wiosną. Duża ilość materiału doświadczalnego na temat badania sezonowej dynamiki erytrocytów, hemoglobiny, ciśnienia krwi, tętna, reakcji sedymentacji erytrocytów (ERS) zgromadził M.F. Avazbakieva w warunkach Azji Środkowej i Kazachstanu. Przebadano około 3000 osób (2000 mężczyzn i 1000 kobiet). Wykazano, że ROE u mężczyzn nieco przyspiesza latem, jednak po przyjeździe w góry o każdej porze roku z reguły zwalnia. Naukowcy uważają, że zmiany w ESR obserwowane w górach są spowodowane działaniem promieniowania słonecznego. Zmiany te wskazują na ogólnie korzystny wpływ klimatu wysokogórskiego na człowieka oraz zmniejszenie rozpadu białek podczas aklimatyzacji.

W warunkach laboratoryjnych, wystawiając osobę na działanie promieni ultrafioletowych, można wywołać zmiany podobne do tych obserwowanych w żywy wyżyny. Regularnie, przez długi czas badając 3746 osób mieszkających w Kijowie, V.V. Kovalsky stwierdził, że maksymalna zawartość hemoglobiny we krwi mężczyzn występuje wiosną (głównie w marcu), au kobiet - zimą (najczęściej w styczniu). Minimalną zawartość hemoglobiny obserwuje się u mężczyzn w sierpniu, u kobiet - w lipcu.

U niższych małp (pawiany hamadryas) ustalono sezonowe wahania takich biochemicznych parametrów krwi, jak cukier, cholesterol, resztkowy azot, białka i kwas adenozynotrifosforowy. Odkrył, że w zimowy czas zawartość cukru we krwi zmniejszyła się, a zawartość kwasu adenozynotrójfosforowego i cholesterolu wzrosła w porównaniu z okresem letnim. Stwierdzono, że jeśli na środkowym pasie poziom podstawowej przemiany materii znacznie spada zimą, a jest to prawdopodobnie spowodowane faktem, że w zimie (krótki dzień) bodźce świetlne są redukowane, a aktywność ruchowa człowieka spada, to gdy osoba porusza się z środkowy pas w warunkach podzwrotnikowych Abchazji niejako przenosi swoje ciało z warunków zimowych na warunki wiosenne i letnie. W tych przypadkach wzrasta metabolizm, współczynnik oddechowy praktycznie nie zmienia się w miesiącach zimowych i pozostaje taki sam jak latem. Autor uważa te zmiany za szczególny przypadek wypaczenia rytmu pór roku u człowieka.

Według niektórych badaczy sezonowa zmienność procesów fizjologicznych obserwowana w ciągu roku w pewnym stopniu powtarza ich dobową cykliczność, a stan organizmów latem i zimą w pewnym stopniu pokrywa się z ich stanem w dzień iw nocy. Badając zachowanie nietoperzy w jaskini Adzaba koło Suchumi, A. D. Słonim zauważa, że ​​dobowe okresowe zmiany termoregulacji w czasie zbiegają się z wychodzeniem myszy z jaskini – okres ich aktywności wieczorem i w nocy, a rytm ten jest najlepiej wyrażone wiosną i latem.

Wiosna, wiosna... Każda wiosna na nowo nas ekscytuje. o To właśnie na wiosnę wszyscy, niezależnie od wieku, odczuwamy to ekscytujące uczucie, kiedy jesteśmy gotowi powtarzać za poetami i bardzo młodymi ludźmi: wszystko tej wiosny jest wyjątkowe. Wiosna ustawia człowieka w szczególny sposób, bo wiosna to przede wszystkim poranek, wczesne przebudzenie. Wszystko wokół jest odnawiane w naturze. Ale człowiek jest też częścią natury, a wiosna trwa w każdym z nas. Wiosna to nie tylko czas nadziei, ale także czas niepokoju.

Zapytaj dowolnego rolnika, a odpowie ci, że na wiosnę człowiek, który związał swoje życie z ziemią, jest bardziej zaniepokojony niż kiedykolwiek. Musimy docenić wszystkie pory roku, wszystkie dwanaście miesięcy. Czyż jesień nie jest cudowna? To jesień obfitująca w obfite plony w ogrodach, na polach i sadach, jaskrawe kolory, pieśni weselne. Od czasów Puszkina zwyczajowo uważa się tę porę roku za ten cudowny czas, kiedy inspiracja przychodzi do osoby, kiedy nadchodzi przypływ sił twórczych („I każdej jesieni znów kwitną ...”). Najlepszym tego dowodem jest jesień Puszkina Boldin. Wszechmocny urok jesieni. Ale „jak to wyjaśnić?” zadał sobie pytanie poeta.

Uzależnienie człowieka od określonej pory roku jest zwykle subiektywne. A jednak naukowcy zauważyli, że jesienią wzrasta metabolizm człowieka i ogólny ton ciała, nasilają się procesy życiowe, obserwuje się wzrost funkcji życiowych i wzrasta zużycie tlenu. Wszystko to jest naturalną reakcją adaptacji, przygotowania organizmu na długą i trudną zimę. Dodatkowo kolory jesieni - żółty, czerwony - działają na człowieka podniecająco. Po letnich upałach chłodne powietrze orzeźwia. Obrazy gasnącej natury, skłaniające najpierw do smutku, refleksji, następnie aktywizują aktywność zdrowego człowieka.

Ale czy inne pory roku – zima, lato – nie mają swojego uroku? Pomiędzy porami roku nie ma przerw – życie toczy się nieprzerwanie. Bez względu na to, jak silne były mrozy, nieważne, jak gęsta była zima na podwórku, i tak kończy się topnieniem śniegu. A jasność wiosennych świtów zastępuje gorący letni dzień. Związek funkcji organizmu z porami roku, dostrzeżony po raz pierwszy przez Hipokratesa i Awicennę, przez długi czas nie znajdował naukowego uzasadnienia.

Obecnie ustalono, że jednym z synchronizatorów rytmów sezonowych, a także rytmów dobowych, jest długość godzin dziennych. Dane z badań eksperymentalnych pokazują, że wysokość rytmu endogennego osiąga maksimum w okresie wiosenno-letnim, a minimum w okresie jesienno-zimowym. Analiza danych eksperymentalnych wskazuje, że charakterystyczną cechą sezonowych zmian reaktywności organizmu jest brak jednokierunkowych przesunięć w jego poszczególnych składnikach. Daje to powody sądzić, że zmiany sezonowe zależą od biologicznej celowości każdego z jego składników, co zapewnia stałość środowiska wewnętrznego organizmu. Wiosenno-letnie maksimum funkcjonalne jest prawdopodobnie związane z rozrodczym etapem życia organizmu. Jednoczesny wzrost funkcji różnych gruczołów dokrewnych obserwowany w tym okresie jest wyraźnym wskaźnikiem utrwalonych filogenetycznie cech organizmu, mających na celu wzmocnienie procesów metabolicznych w okresie rozrodu.

Sezonowa cykliczność aktywności życiowej organizmu jest ogólnym przejawem przystosowania się organizmu do warunków środowiskowych. Synchronizacja rytmów biologicznych z cyklami geofizycznymi Ziemi, sprzyjająca zróżnicowaniu gatunkowemu roślin i zwierząt, nie straciła na znaczeniu dla człowieka. Ustalono zależność częstości zachorowań na różne choroby od pory roku. Badanie podanych danych i wskaźników hospitalizacji w różnych porach roku pacjentów w trzech dużych klinikach w Leningradzie wskazuje, że dla różnych chorób odnotowuje się różną sezonowość. Okres zimowy jest najbardziej niekorzystny dla pacjentów z nadciśnieniem. Dla pacjentów z chorobą wieńcową jesień okazała się szczególnie groźną porą roku. To właśnie ten okres charakteryzuje się największą liczbą wizyt lekarzy karetek u pacjentów z zawałem mięśnia sercowego i dusznicą bolesną. W porównaniu z innymi porami roku najwięcej naruszeń odnotowano w okresie wiosennym. krążenie mózgowe, a najmniejsza latem.

Najmniej zagrożone wystąpieniem są okresy wiosenne i w mniejszym stopniu jesienne choroba zakaźna. Dalsze badanie sezonowej częstotliwości chorób umożliwi opracowanie opartych na dowodach środków terapeutycznych i profilaktycznych.

Zmiany sezonowe obejmują głębokie przemieszczenia w organizmie pod wpływem zmian żywienia, temperatury otoczenia, reżimu promieniowania słonecznego oraz pod wpływem okresowych zmian w gruczołach dokrewnych, związanych głównie z rozrodem zwierząt. Sama kwestia czynników środowiskowych, które determinują periodyki sezonowe, jest niezwykle złożona i nie została jeszcze w pełni rozwiązana; w tworzeniu cykli sezonowych duże znaczenie mają przesunięcia funkcji gruczołów płciowych, tarczycy itp., które mają bardzo stabilny charakter. Te zmiany, dobrze ugruntowane morfologicznie, są bardzo stabilne konsekwentny rozwój dla różnych gatunków i znacznie komplikują analizę wpływu czynników fizycznych powodujących sezonowość.

Sezonowe zmiany w ciele obejmują reakcje behawioralne. Polegają one albo na zjawiskach migracji i nomadyzmu (patrz niżej), albo na zjawiskach zimowej i letniej hibernacji, albo wreszcie na różnorodnych działaniach związanych z budową nor i schronień. Istnieje bezpośredni związek między głębokością norek niektórych gryzoni a zimowym spadkiem temperatury.

Świetna cena dla całkowitej dziennej aktywności zwierzęcia ma tryb oświetlenia. Dlatego też periodyków sezonowych nie można rozpatrywać poza równoleżnikowym rozmieszczeniem organizmów. Rysunek 22 przedstawia sezony lęgowe ptaków na różnych szerokościach geograficznych półkuli północnej i południowej. Podczas przemieszczania się z północy na południe na półkuli północnej wyraźnie widać przesunięcie czasu reprodukcji na wcześniejsze miesiące oraz niemal lustrzane odbicie tych relacji na półkuli południowej. Podobne zależności znane są również w przypadku ssaków, np. owiec. Tutaj głównie rozważamy

zmiany fizjologiczne w organizmie zachodzące w klimacie umiarkowanym średnich szerokości geograficznych półkuli północnej. Największe zmiany w organizmie podczas pór roku dotyczą układu krwionośnego, ogólnego metabolizmu, termoregulacji i do pewnego stopnia trawienia. Wyjątkowe znaczenie dla organizmów borealnych ma gromadzenie tłuszczu jako potencjału energetycznego przeznaczonego na utrzymanie temperatury ciała i aktywność mięśni.

Najbardziej zauważalne zmiany aktywności ruchowej w różnych porach roku można zaobserwować u zwierząt dobowych, co jest niewątpliwie związane z reżimem oświetlenia. Związki te najlepiej badano na małpach (Shcherbakova, 1949). Gdy małpy trzymano przez cały rok w stałej temperaturze otoczenia, całkowita dzienna aktywność zależała od długości dnia: wzrost aktywności miał miejsce w maju

i czerwca. Wzrost ogólnej aktywności dobowej zaobserwowano w grudniu i styczniu. Tego ostatniego nie można w żaden sposób przypisać wpływowi godzin dziennych i jest prawdopodobnie związane z wiosennymi manifestacjami w przyrodzie w warunkach Suchumi (ryc. 23).

Badania te wykazały również znaczną sezonową zmienność temperatury ciała u małp. Najwyższą temperaturę w odbytnicy zaobserwowano w czerwcu, najniższą - w styczniu. Przesunięć tych nie można wytłumaczyć zmianami temperatury w środowisku zewnętrznym, ponieważ temperatura w pomieszczeniu pozostawała stała. Bardzo prawdopodobne, że miał tu miejsce efekt chłodzenia radiacyjnego, ze względu na obniżoną temperaturę ścian pomieszczenia.

W warunkach naturalnych (Khrustselevsky i Kopylova, 1957) norniki Brandta w południowo-wschodniej Transbaikalia wykazują uderzającą sezonową dynamikę aktywności ruchowej. Mają gwałtowny spadek aktywności - wyjście z dziur w styczniu, marcu, listopadzie i grudniu. Przyczyny tego wzorca zachowań są dość złożone. Są one związane z charakterem ciąży zwykle bardzo aktywnych samic, z porą wschodu i zachodu słońca, wysokimi temperaturami latem i niskimi zimą. Codzienna aktywność badana w warunkach naturalnych jest znacznie bardziej skomplikowana i nie zawsze odzwierciedla obraz uzyskany przez badacza techniką aktograficzną.

Podobne złożone zależności odkryto (Leontiev, 1957) dla nornika Brandta i myszoskoczka mongolskiego w regionie Amur.

U norek (Ternovsky, 1958) obserwuje się znaczne zmiany aktywności ruchowej w zależności od pór roku. Największa aktywność ma miejsce wiosną i latem, co najwyraźniej wiąże się z długością godzin dziennych. Jednak wraz ze spadkiem temperatury aktywność maleje, podobnie jak opady. U wszystkich bez wyjątku stadnych zwierząt kopytnych obserwuje się sezonowe zmiany w stadności, co jest wyraźne u łosia. U reniferów relacje stadne (grupowanie się, za sobą) są bardziej widoczne jesienią niż latem czy wiosną (Salgansky, 1952).

Najlepiej zbadać sezonowe zmiany metabolizmu (metabolizm podstawowy). W 1930 roku japoński badacz Ishida (Ishida, 1930) stwierdzili znaczny wzrost podstawowej przemiany materii u szczurów na wiosnę. Fakty te zostały potwierdzone licznymi badaniami (Kayser, 1939; Sprzedawców, Scott a. Tomasz, 1954; Kokariew, 1957; Gelineo a. Heroux, 1962). Ustalono również, że zimą podstawowy metabolizm u szczurów jest znacznie niższy niż latem.

U zwierząt futerkowych stwierdza się bardzo uderzające sezonowe zmiany w podstawowym metabolizmie. Tak więc podstawowa przemiana materii u lisów polarnych latem w porównaniu z zimą jest zwiększona o 34%, a u lisów srebrno-czarnych o 50% (Firstov, 1952). Zjawiska te są niewątpliwie związane nie tylko z cyklem sezonowym, ale także z przegrzaniem mającym miejsce latem (zob. rozdz. V) i zostały odnotowane przez różnych badaczy u lisów polarnych, jenotów (Słonim, 1961). U szczurów szarych w warunkach Arktyki stwierdzono również wzrost metabolizmu wiosną i spadek jesienią.

Badanie termoregulacji chemicznej gatunków polarnych (lisy polarne, lisy, zające) zimujących w warunkach Leningradzkiego Ogrodu Zoologicznego (Izaakjan i Akczurin,

1953) wykazali, w tych samych warunkach przetrzymywania, gwałtowne sezonowe zmiany termoregulacji chemicznej u lisów i jenotów oraz brak zmian sezonowych u lisów polarnych. Jest to szczególnie widoczne w miesiącach jesiennych, kiedy zwierzęta są w letnim futrze. Autorzy wyjaśniają te różnice reakcjami na zmiany oświetlenia charakterystyczne dla lisów polarnych. To lisy polarne praktycznie nie mają termoregulacji chemicznej w okresie jesiennym, chociaż warstwa izolacyjna wełny do tego czasu nie stała się jeszcze zimowa. Oczywiście tych reakcji, specyficznych dla zwierząt polarnych, nie da się wytłumaczyć jedynie fizycznymi właściwościami skóry: są one wynikiem złożonych specyficznych cech nerwowych i hormonalnych mechanizmów termoregulacji. Te reakcje w formach polarnych są połączone z izolacją termiczną (Scholander i współpracownicy, patrz s. 208).

Duża ilość materiału na temat sezonowych zmian wymiany gazowej u różnych gatunków gryzoni (Kalabukhov, Ladygina, Maizelis i Shilova, 1951; Kalabukhov, 1956, 1957; Michajłow, 1956; Skvortsov, 1956; Chugunov, Kudryashov i Chugunova, 1956 itd. ) wykazały, że nieśpiące gryzonie mogą zaobserwować wzrost metabolizmu jesienią i spadek zimą. Miesiące wiosenne charakteryzują się wzrostem metabolizmu, a miesiące letnie względnym spadkiem. Te same dane na bardzo dużym materiale uzyskano dla nornicy zwyczajnej i nornicy rudej w rejonie Moskwy.

Schematycznie krzywą sezonową zmian metabolicznych u ssaków niehibernujących można przedstawić w następujący sposób. Najwyższy poziom przemiany materii obserwuje się wiosną, w okresie aktywności seksualnej, kiedy zwierzęta po zimowym ograniczeniu pokarmowym rozpoczynają aktywne czynności pozyskiwania pokarmu. Latem poziom przemiany materii ponownie nieco spada z powodu wysokich temperatur, a jesienią nieznacznie wzrasta lub utrzymuje się na poziomie letnim, stopniowo obniżając się w kierunku zimy. Zimą następuje nieznaczny spadek podstawowej przemiany materii, a wiosną ponownie gwałtownie wzrasta. Ten ogólny schemat zmian poziomu wymiany gazowej w ciągu roku dla poszczególnych gatunków i w indywidualnych warunkach może się znacznie różnić. Dotyczy to zwłaszcza zwierząt hodowlanych. Tak więc główny metabolizm u krów niebędących w okresie laktacji (Ritzman a. Benedykt1938) w miesiącach letnich, nawet w 4-5 dniu postu, była wyższa niż zimą i jesienią. Ponadto bardzo ważne jest, aby pamiętać, że wiosenny wzrost metabolizmu u krów nie jest związany z ciążą i laktacją, z warunkami w kojcu lub na pastwisku. Przy trzymaniu przegród wymiana gazowa na wiosnę jest wyższa niż na pastwisku jesienią, chociaż samo wypasanie zwiększa wymianę gazową w spoczynku przez cały sezon pastwiskowy (Kalitaev, 1941).

W lecie wymiana gazowa koni (w spoczynku) wzrasta o prawie 40% w porównaniu z zimą. Jednocześnie wzrasta również zawartość erytrocytów we krwi (Magidov, 1959).

Bardzo duże różnice (30-50%) w metabolizmie energii zimą i latem obserwuje się u reniferów (Segal, 1959). U owiec Karakul, pomimo przebiegu ciąży w okresie zimowym, następuje znaczny spadek wymiany gazowej. Przypadki obniżenia metabolizmu zimą u reniferów i owiec Karakul są niewątpliwie związane z ograniczeniami żywieniowymi w okresie zimowym.

Zmianom metabolizmu podstawowego towarzyszą również zmiany termoregulacji chemicznej i fizycznej. To ostatnie wiąże się ze wzrostem izolacyjności termicznej (izolacja) wełny i pierza w zimie. Spadek izolacyjności termicznej latem wpływa zarówno na poziom punkt krytyczny(patrz rozdz. V) oraz intensywności termoregulacji chemicznej. I tak np. wartości wymiany ciepła latem i zimą u różnych zwierząt wynoszą: dla wiewiórek jak 1:1; u psa 1: 1,5; u zająca 1: 1,7. W zależności od pór roku przenoszenie ciepła z powierzchni ciała zmienia się znacząco na skutek procesów linienia i zarastania wełną zimową. U ptaków aktywność elektryczna mięśni szkieletowych (ze względu na brak termogenezy bez drżenia) nie zmienia się zimą i latem; u ssaków, takich jak szary szczur, różnice te są bardzo znaczące (ryc. 25).

Sezonowe zmiany w krytycznym punkcie metabolizmu zostały niedawno odkryte u zwierząt polarnych na Alasce (Irving, Krogh a. Monson, 1955) - u lisa rudego są + 8 ° latem, -13 ° zimą; dla wiewiórek - latem i zimą + 20 ° С; u jeżozwierza (Eretizoon dorsatum) +7°C latem i -12°C zimą. Autorzy wiążą te zmiany również z sezonowymi zmianami izolacji termicznej futra.

Metabolizm zwierząt polarnych zimą, nawet w temperaturze -40°C, wzrasta stosunkowo nieznacznie: u lisa i jeżozwierza polarnego – nie więcej niż 200% poziomu metabolizmu w punkcie krytycznym, u wiewiórki – ok. 450 -500%. Podobne dane uzyskano w warunkach Leningradzkiego ZOO na lisach polarnych i lisach (Olnyanskaya i Słonim, 1947). Zimą u szarego szczura zaobserwowano przesunięcie punktu krytycznego metabolizmu z +30°C do +20°C (Sinichkina, 1959).

Badanie sezonowych zmian wymiany gazowej lemingów stepowych ( lagurus lagurus) wykazali (Bashenina, 1957), że zimą ich punkt krytyczny, w przeciwieństwie do innych gatunków norników, jest niezwykle niski - około 23 ° C. Punkt krytyczny metabolizmu myszoskoczków południowych zmienia się w różnych porach roku, podczas gdy u Grebenshchikov pozostaje stały (Mokrievich, 1957).

Najwyższe wartości zużycia tlenu w temperaturach otoczenia od 0 do 20°C zaobserwowano u myszy żółtogardłych odłowionych latem, a najniższe zimą (Kalabukhov, 1953). Dane dla myszy złowionych jesienią znajdowały się na środkowej pozycji. Ta sama praca pozwoliła odkryć bardzo interesujące zmiany w przewodności cieplnej wełny (pobranej ze zwierząt i wysuszonych skór), która silnie wzrasta latem i spada zimą. Niektórzy badacze są skłonni przypisywać tej okoliczności wiodącą rolę w zmianach metabolizmu i termoregulacji chemicznej w różnych porach roku. Oczywiście takich zależności nie można zaprzeczyć, ale zwierzęta laboratoryjne (białe szczury) również mają wyraźną dynamikę sezonową, nawet gdy stałe temperaturyśrodowisko (Isahakyan i Izbinsky, 1951).

W doświadczeniach na małpach i dzikich drapieżnikach stwierdzono (Słonim i Bezuevskaya, 1940), że termoregulacja chemiczna wiosną (kwiecień) jest intensywniejsza niż jesienią (październik), mimo że w obu przypadkach temperatura otoczenia była taka sama ( Rys. 26). Oczywiście jest to wynik wcześniejszego wpływu zimy i lata oraz odpowiednich zmian.

w układy hormonalne organizm. Latem zmniejsza się intensywność termoregulacji chemicznej, zimą - wzrost.

Swoiste sezonowe zmiany termoregulacji chemicznej stwierdzono w przypadku susła żółtodzioby, która wchodzi w zimową i letnią hibernację, oraz niehibernującej susła (Kalabukhov, Nurgel'dyev i Skvortsov, 1958). U wiewiórki ziemnej o cienkich palcach sezonowe zmiany termoregulacji są bardziej wyraźne niż u wiewiórki ziemnej żółtej (oczywiście w stanie czuwania). Zimą gwałtownie wzrasta wymiana wiewiórki ziemnej o drobnych pazurach. Latem chemiczna termoregulacja żółtej wiewiórki jest zaburzona już przy + 15-5 ° C. Sezonowe zmiany w termoregulacji są w niej prawie nieobecne i są zastępowane długą zimową i letnią hibernacją (patrz poniżej). Sezonowe zmiany termoregulacji są równie słabo wyrażone w tarbaganie, który popada w letnią i zimową hibernację.

Porównanie sezonowych zmian termoregulacji chemicznej i cyklu biologicznego zwierząt (N.I. Kalabukhov i in.) wykazało, że zmiany sezonowe są słabo wyrażane zarówno u gatunków hibernujących, jak i zimujących w głębokich norach i mało narażonych na niskie temperatury zewnętrzne (np. duży myszoskoczek).

Tym samym sezonowe zmiany termoregulacji sprowadzają się głównie do wzrostu izolacji termicznej w okresie zimowym, zmniejszenia intensywności reakcji metabolicznej (termoregulacji chemicznej) oraz przesunięcia punktu krytycznego do strefy o niższych temperaturach otoczenia.

Zmienia się również nieco wrażliwość termiczna ciała, co najwyraźniej wiąże się ze zmianą sierści. Takie dane zostały ustalone przez N. I. Kalabukhova dla lisów polarnych (1950) i myszy żółtogardłowych (1953).

U szarych szczurów żyjących na środkowym pasie preferowana temperatura zimą wynosi od 21 do 24 ° C, latem - 25,9-28,5° C, jesienią - 23,1-26,2 ° C i wiosną - 24,2 ° C (Sinichkina , 1956 ).

W naturalnych warunkach u dzikich zwierząt sezonowe zmiany zużycia tlenu i produkcji ciepła mogą w dużej mierze zależeć od warunków żywienia. Jednak nie ma jeszcze eksperymentalnego potwierdzenia.

Funkcja krwiotwórcza zmienia się znacząco w zależności od pór roku. Najbardziej uderzające zmiany w tym zakresie obserwuje się u ludzi w Arktyce. Wiosną można zaobserwować duży wzrost liczby erytrocytów i hemoglobiny (Hb) krew, która jest związana z przejściem od nocy polarnej do dnia polarnego, tj. ze zmianami nasłonecznienia. Jednak nawet w warunkach dostatecznego nasłonecznienia w górach Tien Shan zimą osoba ma nieco zmniejszoną ilość hemoglobiny we krwi. Gwałtowny wzrost Hbobserwowane na wiosnę. Liczba erytrocytów spada wiosną i wzrasta latem (Avazbakieva, 1959). U wielu gryzoni, na przykład u myszoskoczków, zawartość erytrocytów spada latem, a wzrasta wiosną i jesienią (Kalabukhov i in., 1958). Mechanizm tych zjawisk jest wciąż niejasny. Zachodzą również zmiany w żywieniu, metabolizmie witamin, promieniowaniu ultrafioletowym itp. Nie wyklucza się również wpływu czynników endokrynologicznych, a szczególnie ważną rolę odgrywa tarczyca, która stymuluje erytropoezę.

Najistotniejsze w utrzymaniu rytmu sezonowego są przesunięcia hormonalne, reprezentujące zarówno niezależne cykle pochodzenia endogennego, jak i związane z wpływem najważniejszego czynnika środowiskowego – reżimu oświetleniowego. Jednocześnie zarysowany jest już schemat relacji między podwzgórzem – przysadką mózgową – korą nadnerczy.

U dzikich zwierząt w warunkach naturalnych ujawniono sezonowe zmiany w stosunkach hormonalnych na przykładzie zmian masy nadnerczy (które, jak wiadomo, odgrywają ważną rolę w adaptacji organizmu do specyficznych i niespecyficznych warunków organizmu). „napięcie” - stres).

Sezonowa dynamika masy i aktywności nadnerczy ma bardzo złożone pochodzenie i zależy zarówno od rzeczywistego „stresu” związanego z warunkami życia (odżywianie, temperatura otoczenia), jak i od reprodukcji (Schwartz i in., 1968). W związku z tym interesujące są dane dotyczące zmian względnej masy nadnerczy u myszy terenowych niehodowlanych (ryc. 27). W okresie wzmożonego odżywiania i optymalnych warunków temperaturowych masa nadnerczy dramatycznie wzrasta. Jesienią, wraz z ochłodzeniem, waga ta zaczyna spadać, ale wraz z założeniem się pokrywy śnieżnej stabilizuje się. Wiosną (kwiecień) rozpoczyna się wzrost masy nadnerczy w związku ze wzrostem organizmu i dojrzewaniem (Shvarts, Smirnov, Dobrinsky, 1968).

Obraz morfologiczny tarczycy u wielu gatunków ssaków i ptaków podlega znacznym zmianom sezonowym. W lecie następuje zanik koloidu pęcherzykowego, zmniejszenie nabłonka i zmniejszenie masy tarczycy. Zimą ma miejsce odwrotna zależność (zagadka, Smith a. Benedykt, 1934; Watzka, 1934; Młynarz, 1939; Hoehn, 1949).

Równie wyraźnie wyrażona jest sezonowa zmienność funkcji tarczycy u reniferów. W maju i czerwcu obserwuje się jego nadczynność ze zwiększoną aktywnością wydzielniczą komórek nabłonka. Zimą, zwłaszcza w marcu, aktywność wydzielnicza tych komórek ustaje. Nadczynności towarzyszy zmniejszenie objętości gruczołu. Podobne dane uzyskano u owiec, ale wzór był znacznie mniej wyraźny.

Obecnie istnieje wiele danych wskazujących na występowanie stabilnych sezonowych wahań zawartości tyroksyny we krwi. Najwyższy poziom tyroksyny (określany zawartością jodu we krwi) obserwuje się w maju i czerwcu, najniższy – w listopadzie, grudniu i styczniu. Badania wykazały (Sturm a. Buchholz, 1928; Curtis, Davis a. Philips, 1933; rufa, 1933) istnieje bezpośrednia równoległość między intensywnością produkcji tyroksyny a poziomem wymiany gazowej u ludzi w poszczególnych porach roku.

Istnieją przesłanki wskazujące na ścisły związek między chłodzeniem organizmu a produkcją hormonu tarczycy i przysadkowego hormonu tyreotropowego (Uotila, 1939; Wojtkiewicz, 1951). Związki te są również bardzo ważne w tworzeniu periodyków sezonowych.

Podobno znaczącą rolę w periodykach sezonowych odgrywa tak niespecyficzny hormon, jakim jest adrenalina. Wiele dowodów sugeruje, że adrenalina sprzyja lepszej aklimatyzacji zarówno do upału, jak i zimna. Szczególnie skuteczne są połączenia preparatów tyroksyny i kortyzonu (Hermanson a. Hartmanna, 1945). Zwierzęta dobrze zaaklimatyzowane do zimna mają wysoką zawartość kwasu askorbinowego w korze nadnerczy (Dougal a. Fortier, 1952; Dugal, 1953).

Adaptacji do niskiej temperatury otoczenia towarzyszy wzrost zawartości kwasu askorbinowego w tkankach, wzrost zawartości hemoglobiny we krwi (Gelineo i Raiewskaya, 1953; Raiewskaja, 1953).

W ostatnim czasie zgromadzono dużą ilość materiału charakteryzującego sezonowe wahania zawartości kortykosteroidów we krwi oraz intensywność ich uwalniania podczas inkubacji kory nadnerczy. in vitro.

Rola reżimu oświetlenia w kształtowaniu rytmu sezonowego jest uznawana przez zdecydowaną większość badaczy. Oświetlenie, jakie powstało w połowie ubiegłego wieku (Moleschott, 1855), ma znaczący wpływ na intensywność procesów oksydacyjnych w organizmie. Wymiana gazowa u ludzi i zwierząt pod wpływem oświetlenia wzrasta (Moleschott u. Fubini, 1881; Arnautow i Weller, 1931).

Jednak do niedawna kwestia wpływu oświetlenia i zaciemnienia na wymianę gazową u zwierząt o różnym stylu życia pozostawała całkowicie niezbadana i tylko podczas badania wpływu natężenia oświetlenia na wymianę gazową u małp (Ivanov, Makarova i Fufachev, 1953) staje się jasne, że zawsze jest wyżej w świetle niż w ciemności. Jednak zmiany te nie były takie same dla wszystkich gatunków. W hamadryach były one najbardziej wyraźne, następnie u rezusów, a efekt oświetlenia miał najmniejszy wpływ na zielone małpy. Różnice można było zrozumieć tylko w związku z ekologicznymi cechami istnienia wymienionych gatunków małp w przyrodzie. Tak więc małpy hamadryas są mieszkańcami bezdrzewnych wyżyn Etiopii; Makaki rezus są mieszkańcami leśnych i rolniczych obszarów kulturowych, a zielone małpy to gęste lasy tropikalne.

Reakcja na oświetlenie pojawia się stosunkowo późno w ontogenezie. Na przykład u noworodków wzrost wymiany gazowej w świetle w porównaniu z ciemnością jest bardzo mały. Reakcja ta wzrasta znacznie do 20-30 dnia, a jeszcze bardziej do 60 dnia (ryc. 28). Można przypuszczać, że u zwierząt o aktywności dziennej reakcja na natężenie oświetlenia ma charakter naturalnego odruchu warunkowego.

U nocnych lemurów loris zaobserwowano odwrotną zależność. Zwiększyła się ich wymiana gazowa

w ciemności i zredukowane po oświetleniu podczas określania wymiany gazowej w komorze. Spadek wymiany gazowej w świetle osiągnął 28% w lorysach.

Fakty dotyczące wpływu przedłużonego oświetlenia lub ciemnienia na organizm ssaków zostały ustalone przez eksperymentalne badanie reżimu świetlnego (godziny dzienne) w związku z sezonowymi efektami oświetlenia. Wiele badań poświęcono eksperymentalnym badaniom wpływu godzin dziennych na periodyki sezonowe. Większość danych zebranych dla ptaków, gdzie wzrost liczby godzin dziennych jest czynnikiem stymulującym funkcje seksualne (Svetozarov i Shtreich, 1940; Lobashov i Savvateev, 1953),

Uzyskane fakty wskazują zarówno na wartość całkowitej długości godzin dziennych, jak i na wartość zmiany faz oświetlenia i ściemniania.

dobre kryterium Wpływ reżimu oświetlenia i czasu trwania godzin dziennych na ssaki ma przebieg owulacji. Jednak to właśnie u ssaków nie można ustalić takiego bezpośredniego wpływu światła na owulację u wszystkich gatunków bez wyjątku. Liczne dane uzyskane na królikach (Smelser, Walton a. Czym, 1934), świnki morskie (Dempsey, Meyers, młody. Jennison, 1934), myszy (Kirchhof, 1937) i wiewiórki ziemne (walijski, 1938) pokazują, że trzymanie zwierząt w całkowitej ciemności nie ma wpływu na owulację.

W specjalnych badaniach symulowano „warunki zimowe” przez chłodzenie (od -5 do +7 ° C) i utrzymywanie w całkowitej ciemności. Warunki te nie wpłynęły na intensywność rozrodu u nornika zwyczajnego. ( Microtus arvalis) i tempo rozwoju młodych. W konsekwencji połączenie tych głównych czynników środowiskowych, które determinują fizyczną stronę wpływów sezonowych, nie może wyjaśnić zimowego tłumienia intensywności rozmnażania, przynajmniej w przypadku gryzoni tego gatunku.

U drapieżników stwierdzono istotny wpływ światła na funkcję rozrodu (Belyaev, 1950). Spadek liczby godzin dziennych prowadzi do wcześniejszego dojrzewania futra norek. Zmiana reżimu temperaturowego nie ma żadnego wpływu na ten proces. U kun dodatkowe oświetlenie powoduje początek okresu godowego i narodziny młodych 4 miesiące wcześniej niż zwykle. Zmiana reżimu oświetlenia nie wpływa na podstawowy metabolizm (Belyaev, 1958).

Jednak periodyków sezonowych nie można sobie wyobrazić jedynie w wyniku oddziaływania czynników środowiskowych, na co wskazuje duża liczba eksperymentów. W związku z tym pojawia się pytanie, czy istnieje sezonowość u zwierząt odizolowanych od wpływu czynników naturalnych. U psów trzymanych w ogrzewanym pomieszczeniu przy sztucznym oświetleniu przez cały rok można było zaobserwować charakterystyczną dla psów okresowość sezonową (Magnetofon Guilhon, 1931). Podobne fakty znaleziono w eksperymentach na białych szczurach laboratoryjnych (Izbinsky i Isahakyan, 1954).

Inny przykład skrajnej trwałości periodyków sezonowych dotyczy zwierząt sprowadzonych z półkuli południowej. I tak na przykład struś australijski w rezerwacie Askania Nova składa jaja naszej zimy, mimo silnych mrozów, bezpośrednio na śniegu w sezonie odpowiadającym letniemu w Australii (M. M. Zavadovsky, 1930). Australijski dingo rozmnaża się pod koniec grudnia. Chociaż zwierzęta te, podobnie jak strusie, hodowane są na półkuli północnej od wielu dziesięcioleci, nie obserwuje się zmian w ich naturalnym rytmie sezonowym.

U ludzi zmiana metabolizmu przebiega według tego samego schematu, co u zwierząt nie śpiących. Istnieją obserwacje uzyskane w naturalnym środowisku z próbą wypaczenia naturalnego cyklu pór roku. Najprostszy sposób takiego wypaczenia i najbardziej wiarygodne fakty uzyskuje się w badaniu transferów z jednej miejscowości do drugiej. Tak więc np. przeprowadzka w okresie grudzień - styczeń ze środkowej strefy ZSRR do strefy południowej (Soczi, Suchumi) powoduje efekt zwiększenia zmniejszonej wymiany „zimowej” w pierwszym miesiącu pobytu tam ze względu na nowe warunki południe. Po powrocie na północ wiosną następuje wtórny wiosenny wzrost wymiany. Tak więc podczas zimowej wyprawy na południe można zaobserwować dwa wiosenne wzrosty tempa przemiany materii u tej samej osoby w ciągu roku. W konsekwencji wypaczenie rytmu pór roku zachodzi również u ludzi, ale tylko w warunkach zmian w całym zespole naturalnych czynników środowiskowych (Iwanova, 1954).

Szczególnie interesujące jest kształtowanie się rytmów sezonowych u ludzi na Dalekiej Północy. W tych warunkach, zwłaszcza w okresie życia na małych stacjach, okresowe periodyki są mocno zaburzone. Niewystarczająca aktywność mięśniowa spowodowana ograniczeniem spacerów, często niemożliwa w warunkach Arktyki, powoduje prawie całkowitą utratę rytmu pór roku (Słonim, Olnianskaja, Ruttenburg, 1949). Doświadczenie pokazuje, że tworzenie wygodnych osad i miast w Arktyce przywraca je. Rytm sezonowy u ludzi jest do pewnego stopnia odzwierciedleniem nie tylko czynników sezonowych wspólnych dla całej żyjącej populacji naszej planety, ale, podobnie jak rytm dobowy, jest odzwierciedleniem środowiska społecznego, które wpływa na człowieka. Duże miasta i miasteczka Dalekiej Północy ze sztucznym oświetleniem, z teatrami, kinami, z całym rytmem życia charakterystycznym dla współczesnego człowieka,

stworzyć takie warunki, w których rytm pór roku przejawia się normalnie poza kołem podbiegunowym i ujawnia się w taki sam sposób, jak w naszych szerokościach geograficznych (Kandror i Rappoport, 1954; Danishevsky, 1955; Kandror, 1968).

W warunkach Północy, gdzie zimą jest duży brak promieniowania ultrafioletowego, występują znaczne zaburzenia metaboliczne, głównie metabolizm fosforu i brak witamin D (Galanin, 1952). Te zjawiska są szczególnie trudne dla dzieci. Według niemieckich badaczy zimą istnieje tak zwana „martwa strefa”, kiedy wzrost dzieci całkowicie się zatrzymuje (ryc. 29). Co ciekawe, na półkuli południowej (Australia) zjawisko to występuje w miesiącach odpowiadających lecie na półkuli północnej. Teraz dodatkowe promieniowanie ultrafioletowe jest uważane za jedną z najważniejszych metod korygowania normalnego rytmu sezonowego na północnych szerokościach geograficznych. W tych warunkach trzeba mówić nie tyle o rytmie pór roku, ile o specyficznym braku tego naturalnego, niezbędnego czynnika.

Czasopisma sezonowe cieszą się również dużym zainteresowaniem w hodowli zwierząt. Naukowcy są obecnie skłonni wierzyć, że znaczna część okresów pór roku powinna zostać zmieniona przez świadomy wpływ człowieka. Chodzi przede wszystkim o dietę sezonową. Jeśli dla dzikich zwierząt brak żywienia prowadzi niekiedy do śmierci znacznej liczby osobników, do spadku liczby ich przedstawicieli na danym terenie, to w odniesieniu do zwierząt hodowlanych jest to całkowicie nie do przyjęcia. Żywienie zwierząt gospodarskich nie może opierać się na sezonowych zasobach, ale musi być uzupełniane w oparciu o działalność gospodarczą człowieka.

Sezonowe zmiany w ciele ptaków są ściśle związane z ich charakterystycznym instynktem lotu i opierają się na zmianach w bilansie energetycznym. Jednak pomimo przelotów ptaki wykazują zarówno sezonowe zmiany termoregulacji chemicznej, jak i zmiany właściwości termoizolacyjnych pokrowca z piór (izolacja).

Zmiany metaboliczne u wróbla są dobrze wyrażone ( Przechodnia domowa), którego bilans energetyczny w niskich temperaturach jest utrzymywany przez większą produkcję ciepła zimą niż latem. Wyniki uzyskane z pomiaru spożycia pokarmu i metabolizmu pokazują spłaszczony typ krzywej termoregulacji chemicznej, zwykle stwierdzany, gdy produkcja ciepła jest szacowana z spożycia pokarmu przez kilka dni, a nie ze zużycia tlenu w krótkoterminowym eksperymencie.

Ostatnio stwierdzono, że maksymalna produkcja ciepła u wróbli jest wyższa zimą niż latem. W grubodziobach gołębie kolumba liwia i szpaki Sturnus vulgaris czas przeżycia w okresach zimowych był dłuższy, głównie ze względu na zwiększoną zdolność do utrzymania wyższej produkcji ciepła. Na długość okresu przed śmiercią wpływa również stan upierzenia - linienie i czas trwania w niewoli, ale efekt sezonowy jest zawsze wyraźny. Ci którzy są IB spożycie pokarmu w klatkach dla ptaków w zimie wzrosło o 20-50%. Ale zimowe przyjmowanie pokarmu przez zięby w klatkach ( Fringilla montefringilla) a na wolności wróble nie rosły (Rautenberg, 1957).

U grubodzioba i sikory śmieszki nie występuje znaczna nocna hipotermia, obserwowana zimą u świeżo złowionych ptaków. Irving (Irving, 1960) doszli do wniosku, że w zimne noce ptaki północne ochładzają się poniżej ich dziennej temperatury ciała mniej więcej tak samo jak ptaki w regionach o klimacie umiarkowanym.

Wzrost masy upierzenia obserwowany u niektórych ptaków w okresie zimowym sugeruje adaptację termoizolacyjną, która może częściowo zniwelować zmiany w przemianie materii na zimno. Jednak badania Irvinga dotyczące kilku gatunków dzikich ptaków zimą i latem, a także Davisa (Davis, 1955) i Harta (Jeleń, 1962) dostarczają mało dowodów na przypuszczenie, że wzrost metabolizmu przy spadku temperatury o 1° był inny w tych porach roku. Stwierdzono, że produkcja ciepła u gołębi mierzona w temperaturze 15°C była mniejsza zimą niż latem. Jednak wielkość tych zmian sezonowych była niewielka i nie zaobserwowano żadnych przesunięć w zakresie temperatur krytycznych. Dane dotyczące przesunięć krytycznego poziomu temperatury uzyskano dla kardynała ( Richmonda cardinalis) ( Lawson, 1958).

Walgrena (Wallgren, 1954) badał metabolizm energetyczny w chorągiewce żółtej ( Emberiza cytrynella) w 32,5°C i -11°C w różnych porach roku. Wymiana w spoczynku nie wykazała zmian sezonowych; przy -11 0 C w czerwcu i lipcu wymiana była istotnie wyższa niż w lutym i marcu. Ta adaptacja izolacyjna jest częściowo tłumaczona większą grubością i „puszystością” upierzenia oraz większym zwężeniem naczyń w zimie (jako że upierzenie było najbardziej gęste we wrześniu – po wylinki, a maksymalne zmiany metaboliczne – w lutym).

Teoretycznie zmiany upierzenia mogą tłumaczyć spadek temperatury śmiercionośnej o około 40 °C.

Badania przeprowadzone na sikorce czarnogłowej ( Parus atricapillus), wskazują również na występowanie niskiej produkcji ciepła w wyniku adaptacji termoizolacyjnej w okresie zimowym. Częstość tętna i częstość oddechów podlegały zmianom sezonowym, a spadek był większy zimą w temperaturze 6°C niż latem. Temperatura krytyczna, przy której gwałtownie wzrosło oddychanie, również przesunęła się na niższy poziom zimą.

Wzrost podstawowej przemiany materii w temperaturach termoneutralnych, który jest wyraźny u ssaków i ptaków narażonych na zimno przez kilka tygodni, nie odgrywa znaczącej roli w adaptacji zimowej. Jedyny dowód na znaczącą sezonową zmienność podstawowego metabolizmu uzyskano u wróbli domowych, ale nie ma dowodów sugerujących, że odgrywa on jakąkolwiek znaczącą rolę u ptaków żyjących na wolności. Większość badanych gatunków w ogóle nie wykazuje zmian. Król i Farner (Król. Kowal, 1961) wskazują, że wysoka intensywność podstawowej przemiany materii w zimie byłaby niekorzystna, ponieważ ptak musiałby zwiększyć zużycie swoich rezerw energetycznych w nocy.

Najbardziej charakterystycznymi zmianami sezonowymi u ptaków jest ich zdolność do zmiany izolacji termicznej oraz niesamowita zdolność do utrzymywania wyższego poziomu produkcji ciepła w niskich temperaturach. Na podstawie pomiarów spożycia i wydalania pokarmu w różnych temperaturach i fotoperiodach dokonano oszacowania zapotrzebowania energetycznego na egzystencję i procesy produkcyjne w różnych porach roku. W tym celu ptaki trzymano w osobnych klatkach, w których mierzono ich energię metabolizowania (maksymalny dopływ energii minus energia wydalania w różnych temperaturach i fotoperiodach). Najmniejsza metabolizowana energia wymagana do istnienia w określonych temperaturach i fotoperiodach testu nazywana jest „energią egzystencji”. Jego korelację z temperaturą pokazano po lewej stronie rysunku 30. Energia potencjalna to maksymalna energia metabolizowana zmierzona w temperaturze odpowiadającej granicy śmierci, która jest najniższą temperaturą, w której ptak może utrzymać swoją masę ciała. Energia produktywności to różnica między energią potencjalną a energią egzystencji.

Prawa strona rysunku 30 pokazuje różne kategorie energetyczne obliczone dla różnych pór roku na podstawie średnich temperatur zewnętrznych i fotoperiodów. Do tych obliczeń zakłada się, że maksymalna energia metabolizowana występuje w warunkach zimnych, a także dla procesów produkcyjnych przy większej wysokie temperatury. W przypadku wróbla domowego energia potencjalna podlega sezonowym zmianom ze względu na sezonowe zmiany limitów przeżycia. Energia istnienia zmienia się również w zależności od średniej temperatury zewnętrznej. Ze względu na sezonowe zmiany energii potencjalnej i energii istnienia energia produktywności pozostaje stała przez cały rok. Niektórzy autorzy wskazują, że zdolność wróbla domowego do życia na dalekich północnych szerokościach geograficznych wynika z jego zdolności do rozciągania maksymalnego bilansu energetycznego przez całą zimę i metabolizowania takiej samej ilości energii podczas krótkiego dziennego fotoperiodu zimą, jak podczas długich fotoperiodów latem .

U wróbla białogardłego (Z. albicallis) i śmieciJ. odcień- centra handlowe) przy fotoperiodzie 10-godzinnym ilość metabolizowanej energii jest mniejsza niż przy fotoperiodzie 15-godzinnym, co jest poważną wadą czasu zimowego (Seibert, 1949). Obserwacje te porównano z faktem, że oba gatunki migrują zimą na południe.

W przeciwieństwie do wróbla, tropikalna niebiesko-czarna zięba ( Votatinia jacarina) może utrzymać równowagę energetyczną do około 0°C przez 15-godzinny fotoperiod i do 4°C przez 10-godzinny fotoperiod. Fotoperiod w większym stopniu ograniczał energię wraz ze spadkiem temperatury, co stanowi różnicę między tymi ptakami a wróblem domowym. Ze względu na wpływ fotoperiodu energia potencjalna była najniższa zimą, kiedy energia istnienia jest najwyższa. W konsekwencji energia produktywności była również najniższa o tej porze roku. Te cechy fizjologiczne nie pozwalają na istnienie tego gatunku zimą na północnych szerokościach geograficznych.

Chociaż zapotrzebowanie energetyczne na termoregulację w zimnych porach roku okazuje się maksymalne, różne rodzaje aktywności ptaków najwyraźniej rozkładają się równomiernie w ciągu roku, a zatem skumulowane efekty są znikome. Rozkład ustalonego zapotrzebowania na energię na różne czynności w ciągu roku najlepiej opisuje trzy wróble. S. arborea ( Zachód, 1960). U tego gatunku największa ilość energii produktywności była potencjalnie w okresie letnim. W związku z tym czynności wymagające nakładów energetycznych, takie jak migracje, gniazdowanie i linienie, są równomiernie rozłożone między kwietniem a październikiem. Dodatkowy koszt wolnej egzystencji jest niewiadomą, która może, ale nie musi, zwiększać teoretyczny potencjał. Jest jednak całkiem możliwe, że energia potencjalna może być wykorzystana o każdej porze roku, przynajmniej na krótkie okresy – na czas trwania lotu.