Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Декабря 2014 в 01:28, курсовая работа
В своем эволюционном развитии многие растительные и животные организмы приобрели своеобразные механизмы приспособления, чтобы иметь возможность пережить неблагоприятные сезоны года. В эти периоды условия их жизни резко ухудшаются в связи с нехваткой пищи, исключительно низкими или высокими температурами, высокой влажностью или засухой и прочими факторами. Многие организмы погибли бы, если не обладали бы совершенными физиологическими механизмами приспособления.
Введение……………………………………………………………………....2
Скрытая жизнь и анабиоз
1 – История изучения анабиоза……………………………………………...4
2 – Причины существования мнимой смерти……………………………....9
3 – Анабиоз…………………………………………………………………..10
3.1 – Анабиоз у рыб………………………………………………….…13
3.2 – Анабиоз у амфибий………………………………………………14
3.3 – Анабиоз у рептилий……………………………………………...15
4 – Спячка………………………………………………………………….....16
4.1 – Спячка у рыб……………………………………………………...18
4.2 – Спячка у амфибий………………………………………………..19
4.3 – Спячка у рептилий……………………………………………….20
4.4 – Спячка у птиц…………………………………………………….21
4.5 – Спячка у млекопитающих……………………………………….22
5 – Диапауза………………………………………………………………….24
6 – Оцепенение……………………………………………………………….25
7 – Заключение……………………………………………………………….27
8 – Список литературы………………………
Сегодня известно, что многие растительные и животные организмы при неблагоприятных условиях (замороженные или высушенные) существенно замедляют или даже полностью прекращают обмен веществ, развитие и размножение, но, несмотря на это, не погибают. При благоприятных условиях они снова восстанавливают процессы жизнедеятельности. В состоянии анабиоза живые организмы переносят сильный мороз и жару, высокое давление, глубокий вакуум, мощную радиацию, вибрации и т. п.
2 – Причины существования мнимой смерти
Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как из-за низкой температуры, так и резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи; у других выработалось другое приспособление — миграция.
Способность организмов к анабиозу рассматривается некоторыми учеными как первичное и неотъемлемое свойство самых древних структур с самого возникновения жизни. В связи с этим высказана гипотеза о том, что первичные организмы могли возникнуть не в воде, а на суше, они отличались большой устойчивостью к влиянию высоких и низких температур, высыханию, излучению. По-видимому, жизнеспособная структура, впервые возникшая на Земле, была безводной и устойчивой к теплу, холоду, излучениям, а ее функционирование началось позже при взаимодействии с водой. Способность к анабиозу является всеобщим и первичным свойством жизнеспособности структур.
Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления — способность впадать в безжизненное на первый взгляд состояние, которое у различных видов животных проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гибернация, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приема пищи.
В подобное состояние мнимой смерти впадают
те виды животных, которые не в состоянии
обеспечить себя пищей зимой и для них
существует опасность гибели от холода
и голода. И все это, выработанное в процессе
эволюции, подчинено строгой природной
целесообразности — необходимости сохранить
вид.
Способность к анабиозу имела большое
значение для эволюции организмов: способствовала
сохранению их при наступлении неблагоприятных
условий, расселению.
3 – Анабиоз
Анабиоз (лат. anabiosis — оживление, от др.-греч. ανα- — «вновь» и βιος — «жизнь») - cостояние живого организма, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни.
Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.). При наступлении благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Наиболее устойчивы к высушиванию, нагреванию, охлаждению спорообразующие бактерии, грибы, простейшие (образующие цисту). У многоклеточных организмов угнетение жизнедеятельности и ее почти полная остановка вошли в нормальный цикл развития — семена, споры.
В природе анабиоз не является патентом только животных организмов. Он широко представлен и среди микроорганизмов из царства Protozoa, к которым относятся все виды бактерий и синезеленых водорослей. Анабиоз представлен и в мире растений (низших и высших). У многих микроорганизмов и видов растений природа в своем длительном эволюционном процессе развития создала прекрасное приспособление для впадения в состояние покоя или анабиоза при неблагоприятных условиях. В этом состоянии они могут переживать в течение длительного времени (для некоторых видов бактерий даже миллионы лет!) и при создании нормальных условий восстанавливать свою жизнедеятельность.
Однако, анабиоз – достаточно редкое
явление. Он возможен далеко не для всех
видов и является крайним состоянием покоя
в живой природе. Его необходимое условие
– сохранение неповрежденными тонких
внутриклеточных структур (органелл и
мембран) при высушивании или глубоком
охлаждении организмов. Это условие невыполнимо
для большинства видов, имеющих сложную
организацию клеток, тканей и органов.
Таким образом, способность к анабиозу
- всеобщее и первичное свойство жизнеспособных
тел, не реализуемое только у высших организмов
вследствие усложнения их строения и формирования
у них других приспособлений к воздействию
неблагоприятных факторов среды. Анабиоз
существенно отличается от спячки тем,
что характеризуется полной приостановкой
жизнедеятельности, в то время как во время
спячки процессы жизнедеятельности лишь
замедляются. Отличие состояния анабиоза
от смерти в том, что в последнем случае
структуры клетки разрушаются и не могут
возобновить свое функционирование.
Способность к анабиозу обнаруживается у видов, имеющих простое или упрощенное строение и обитающих в условиях резкого колебания влажности (пересыхающие мелкие водоемы, верхние слои почвы, подушки мхов и лишайников и т. п.).
Анабиоз может быть «вынужденным»
(анабиоз мхов и лишайников в жаркое время
суток) и «сезонным» (анабиоз спор микроорганизмов,
семян высших растений). В основе анабиоза
всегда лежит процесс уменьшения содержания
в клетках биологически активной свободной
воды в результате: высыхания организма;
глубокого охлаждения организма (биологически
активная свободная вода переходит в формы,
подобные льду); помещения в среду с высокой
концентрацией солей (вода выходит из
клетки в окружающую среду). При этом если
в среднем содержание воды составляет
порядка 75-85% массы организма, то в состоянии
анабиоза оно снижается до 6-9%. Например,
при созревании зерновки пшеницы содержание
воды падает от 70-75% до 15-20%, влажность зеленого
мха кукушкина льна в сухие дни понижается
до 9%.
По мнению П. Ю. Шмидта, в своей основе
явление анабиоза охватывает два основных
состояния:
1) анабиоз при высушивании — непосредственное
высыхание живых организмов. Тесно связан
с этим явлением и осмотический анабиоз
— этот своеобразный процесс обезвоживания
животных организмов, обитающих в морской
воде. В известной степени связана с анабиозом
при высушивании и летняя спячка животных
вследствие уменьшения количества воды
в теле из-за усиленного испарения и недостатка
воды в жарких пустынных областях;
2) анабиоз при замерзании — извлечение
воды из живого организма вследствие его
замерзания, сопровождающееся различными
неблагоприятными изменениями при образовании
льда.
К такому состоянию принадлежит явление
зимней спячки у млекопитающих. При их
высокой организации и постоянной температуре
тела подавление жизнедеятельности у
них более сложное, но все же его трудно
резко разграничить с анабиозом при замерзании.
Помимо уменьшения содержания воды в организмах,
в состоянии анабиоза происходят и другие
изменения: уменьшаются размеры тела,
оно становится более плотным; загустевает
и уплотняется цитоплазма; органоиды клеток
приобретают твердое состояние; ферменты
теряют активность; в клетках накапливается
глицерин, предохраняющий клетки от чрезмерной
деформации при высыхании и растворяющий
вредные вещества, концентрирующиеся
в клетке вследствие испарения из нее
воды; на поверхности клеток образуются
плотные оболочки, защищающие содержимое
клеток; полностью прекращаются реакции
обмена веществ.
При анабиозе организм не растет, не развивается, не стареет. Благодаря этому продолжительность существования организма возрастает во много раз. Продолжительность анабиоза у разных организмов различается: семена многих растений находятся в состоянии анабиоза от конца одного вегетационного периода до другого; мхи и лишайники- от жарких часов суток до повышения влажности воздуха. Установлена жизнеспособность спор аэробной бактерии в мясных консервах, приготовленных примерно 114 лет назад, а также бактерий, образующих споры, в сухой почве в течение 300 лет. При исследовании толщи древнего ледника Центральной Антарктики были обнаружены жизнеспособные микроорганизмы в горизонтах, возраст которых составляет примерно от 8 000 до 13 000 лет. На Аляске в слое замерзшего ила рядом с когтями леммингов, пролежавшими около 15 000 лет, найдены всхожие семена люпина.
Типичным примером анабиоза при высушивании служит так называемая скрытая жизнь семян многих растений, которые могут в сухом состоянии сохранять всхожесть 50 лет и более.
Беспозвоночные — гидры, черви, усоногие
раки, водные и наземные моллюски, некоторые
насекомые, а из позвоночных — земноводные
и пресмыкающиеся могут терять 1/2 и даже
3/4 заключенной в их теле воды, впадая в
состояние анабиоза, а затем оживать снова.
Если процесс дегидратации идет с нарушением
структуры живого белка, то происходит
его денатурация (свертывание), и тогда
восстановление жизненных процессов становится
невозможным.
В настоящее время известно, что существуют
некоторые виды бактерий, которые, попадая
в неблагоприятные для них условия жизни,
превращаются в стойкие образования с
плотной многослойной оболочкой, называемые
спорами. Это крайне обезвоженные клетки
с толстой оболочкой. Такие спорообразующие
бактерии преимущественно представляют
собой бациллы и клостридии (принадлежащие
к семейству Bacillaceae). За длительный эволюционный
процесс они выработали прекрасный способ
выживания при неблагоприятных для жизни
условиях. При помощи спорообразования
они повышают свою устойчивость к физическим,
химическим и биологическим факторам
внешней среды, сохраняясь в анабиотическом
состоянии на протяжении многих лет. Они
выдерживают даже высушивание в вакууме,
очень низкие и высокие температуры (погибают
лишь при 120°С). Позже, попадая в подходящие
для них условия жизни, они снова возвращали
свою жизнедеятельность и болезнетворное
действие, становясь причиной опасных
заболеваний животных и человека. Спорообразующие
возбудители сибирской язвы, ботулизма,
столбняка, злокачественных опухолей,
газовой гангрены и др., впадая в анабиотическое
состояние, долгие годы сохраняют свою
жизнеспособность. Этим объясняется затухание
на известный период и внезапное проявление
некоторых заболеваний у животных. Известны
так называемые мертвые поля, где в прежние
времена зарывали в землю животных, погибших
от сибирской язвы (сейчас их трупы сжигают).
Через какой-то отрезок времени люди при
распахивании земли или животные на пастбищах
могли заразиться (болезнь является зоонозом,
т. е. общей для животных и людей). А споры
столбняка не погибают даже при температуре,
близкой к абсолютному нулю. Стоит только
их разморозить, и жизнь снова возвращается
к ним.
Как показали опыты
по охлаждению насекомых и других мелких
животных до t°—90—160° и сперматозоидов
кролика до t°—78—183°, оживление животных,
впавших в состояние анабиоза, наступает
только тогда, когда тканевые жидкости
остаются при низкой температуре в переохлажденном,
т. е. жидком, состоянии. Это возможно и
при мгновенном переходе воды в стекловидную
аморфную массу, вследствие чего протоплазма
не разрушается. При образовании кристаллов
льда, разрушающих структуру клеток и
белковых молекул, оживление невозможно.
Явление анабиоза при высушивании и низкой
температуре широко распространено среди
микроорганизмов. Наиболее стойки к высушиванию,
охлаждению и нагреванию спорообразующие
бактерии, а также грибки. Споры сибиреязвенной
палочки долгие годы не теряют жизнеспособности
ни в сухой почве степей и пустынь, ни в
замерзшей почве арктической тундры. Многие
бактерии, не образующие спор, переносят
длительное охлаждение до t° ниже 0°, что
позволяет выделять их чистые культуры
из трупов и других объектов, в которых
при обычных условиях развивается и другая
микрофлора. Стойки к высыханию и охлаждению
некоторые виды патогенных фильтрующихся
вирусов. Явление анабиоза при высушивании
и охлаждении используют при изготовлении
сухих живых вакцин, длительном сохранении
штаммов бактерий, вирусов и клеток опухолей,
консервировании тканей для трансплантации.
При сохранении микробов, высушенных вместе
со специальной средой при низкой температуре,
иммунизирующие свойства вакцин не теряются
в течение нескольких месяцев и даже лет.
Чистые культуры вирусов также сохраняют
длительный срок в подсушенных и замороженных
тканях восприимчивых животных.
3.1 - Анабиоз у рыб.
Теплолюбивые рыбы (карп, карась, толстолобик и др.) впадают в анабиоз при сильном похолодании. Холодолюбивые (лососи, форель, налим и др.), наоборот, при повышении температуры воды. Некоторые рыбы способны приостанавливать жизнедеятельность и в период засухи, при сильном обмелении водоемов.
Пресноводные рыбы средней полосы России — щука, плотва, окунь способны жить при температуре воды от 3 до 30 градусов Цельсия.
Рекордсменом же
можно считать карася, который выживает
в прудах, промерзающих до самого дна,
и не погибает, если вода прогревается
до 40 градусов Цельсия.
На Чукотке и Аляске обитает удивительная
рыбка даллия. Зимой в тех местах морозы
достигают 45 градусов. Болота и речки промерзают
насквозь. Вместе с ними замерзает и даллия.
Однако весной, когда северные водоемы
оттаивают, далия оживает и за короткое
полярное лето успевает подготовиться
к нересту и отметать икру.
В анабиоз могут впадать многие рыбы. Замороженные
до отвердевания окунь, налим и некоторые
другие рыбы при медленном размораживании
начинают оживать и ведут себя как совершенно
здоровые рыбы. Важно, чтобы не замерзали
кровь рыбы и их жабры.
В замороженном состоянии рыба может находиться только определенный срок. Явление анабиоза можно использовать для транспортировки на большие расстояния живой рыбы. Для этого необходимо разработать режимы замораживания и последующего возвращения разных видов рыб к жизни.
3.2 - Анабиоз у амфибий.
Находясь в состоянии анабиоза, амфибии резко сокращают потребление кислорода. Так, наши северные лягушки свыше семи месяцев в году проводят на дне водоемов, зарываются в ил. Они довольствуются предельно малым количеством потребляемого кислорода, которого в толще ила совсем немного, и кожного дыхания оказывается вполне достаточно.
Но все это мизерное потребление пищи, воды, кислорода не может продолжаться длительное время. Лишь в лучшем случае несколько лет.
Самое длительное состояние анабиоза, по сведениям отечественных ученых, продолжалось около сотни лет. На севере нашей страны из глубины 11 метров была извлечена глыба льда, в которой находился вмерзлый в лед тритон — углозуб. При осторожном оттаивании тритон ожил, нормально питался мухами и тараканами. Возраст льда, из которого он был вынут, определялся в 100 лет.
3.3 Анабиоз у рептилий.
Пресмыкающиеся, живущие в северных районах с низкой температурой или наоборот, в южных районах с высокой температурой, также могут впадать в состояние анабиоза.
Змеи собираются вместе, образуя змеиный клубок, как и при спячке. Ящерицы прячутся под камнями или зарываются в песок, где и пережидают неблагоприятные условия.