uabooks.top

Emlékezzetek, mik azok a neurohormonok, mi a diapauza!? Hogyan működik hipota-lamusz-hipofizeális rendszer ? Mi a biológiai jelentősége?

Az adaptív biológiai ritmusok mint általános biológiai jelenségek. Már

tudjátok, hogy a Föld keringése a Nap és a saját tengelye körül a napszakok, a hőmérséklet, a levegő páratartalmának változását vátja ki. Az élőlények ahhoz, hogy normálisan létezhessenek kénytelenek alkalmazkodni az ökológiai tényezők komplexének periodikus változásaihoz. Ez váltja ki az adaptív biológiai ritmusok kialakulását.

17. 1. ábra. Az ember „biológiai órája”: 1 -mélyalvás; 2 - alacsony testhőmérséklet; 3 -kortizol kiválasztás (a mellékvesék kéregállományának hormonja, ami szabályozza szénhidrát anyagcserét és részt vesz a stresszreakciókban); 4-а vérnyomás növekedése; 5 - megnövekedett aktivitás; 6-а tevékenység jobb koordinációja; 7-а gyors reakciók ideje; 8-а test legmagasabb hőmérséklete; 9-а legmagasabb vérnyomás; 10 - melatonin szekréció (a tobozmirigy hormonja; a szervezet számára információt nyújt a napszakok változásáról; a megnövekedett koncentrációja felkészíti a szervezetet nyugalmi állapothoz)

Az organizmusok természetes ritmusait feloszthatjuk belső (ezek kapcsolatban állnak a saját életfolyamatok intenzitás-változásaival) és külső (a létfeltételek vál-

tozása váltja ki) ritmusokra. A szervezet olyan fontos életfolyamatai, mint a növekedés, a fejlődés, a szaporodás az adaptív biológiai ritmusoknak köszönhetően a legkedvezőbb időszakokra esnek.

A belső vagy endogén biológiai ritmusok gyakran kapcsolatban állnak a biológiai óra jelenségével - az organizmusok képessége: reagálni az idő múlására (17. 1. ábra).

A „biológiai óra” a sejtekben lezajló fizikai kémiai folyamatok pontos periodicitásán alapszik. Az organizmusok azon képessége, hogy képesek „mérni” az idő múlását lehetőséget nyújt számukra alkalmazkodni az ökológiai tényezők hatásának intenzitásváltozásaihoz a nap folyamán, illetve a természet összetettebb geofizikai ciklusaihoz igazodni.

Jó tudni

A „biológiai órát” lehet korrigálni, mesterségesen megváltoztatva a napszakok hosszát úgy, hogy rövidebb legyen 24 óránál. Ugyanakkor a biológiai óra tökéletesen működhet hosszabb ideig külső tényezők hatása nélkül is.

A soksejtű állatok belső adaptív biológiai ritmusai kapcsolatban állnak specializált sejtekkel - pacemaker-ekkel (ang.: pacemaker — ritmus szabályzó). Ezek a sejtek képesek ritmikus jelzéseket generálni és fenntartani, amelyek eljutnak más sejtekhez és kiváltják azok biológiai ritmusát (17. 2. ábra). A legegyszerűbb pacemaker-mechanizmusok kimutathatóak a hidrában is, amelyik fajnál a test periodikus összehúzódását a fényviszonyok intenzitása szabályozza.

Jegyezzétek meg!.

A belső vagy endogén biológiai ritmusok kapcsolatban állnak a saját életfolyamatok intenzitás-változásával.

Külső vagy exogén biológiai ritmusok kapcsolatban állnak a külső környezet különböző tényezőinek periodikus intenzitás-változásaival: fényviszonyok, hőmérséklet, páratartalom, dagályok stb. Ennek megfelelően megkülönböztetünk: napi, évszakos, éves, ár-apály ritmusokat az organizmusokban és azok csoportosulásaiban.

Napi ritmusok. A Föld tengelye körüli mozgásának köszönhetően naponta kétszer változik a földfelszín megvilágítása, ami kiváltja a hőmérséklet, a pára-tartalom és más abiotikus tényezők ingadozását (ez alól kivételek apoláris és szubpoláris régiók). Például, a napfény határozza meg a fotoszintézis folyamatának periodicitását, a növények vízpárologtatását, a virágok kinyílását és összezáródását stb. A napszakok változása hatást gyakorol az állatok szervezetének különböző életfunkcióira: mozgásaktivitás, az anyagcsere folyamatok intenzitása stb. Az embernél közel 300 életfunkció napszakos függése ismeretes (17. 1. ábra).

17. 2. ábra. Példa olyan struktúrára, amely pacemaker funkciót lát el: a szív ritmikus összehúzódását a szinuszcsomó (a) biztosítja; ez a csomó - fő ritmusszabályzó - kisszámú szívizom rostból áll; ebben a csomagban keletkeznek az ingerületek, amelyek hatására az egész szív összehúzódik; az ingerületet az ingervezető rendszer (b) továbbítja

Napi ritmusokkal találkozhatunk az organizmuscsoportok szintjén is. Erre példa a zooplankton vándorlása: éjszaka milliónyi és milliárdnyi apró állat igyekszik a vízfelszínhez, nappal pedig a mélybe ereszkednek. A zooplanktonnal együtt vándorolnak a velük táplálkozó állatok is, illetve nagytestű ragadozók, amelyek planktonevő fajokkal táplálkoznak.

A külső környezet egyik vezető tényezője, amely hatást gyakorol a biológiai ritmusokra, a fotoperiódus (gör.: phós - fény és periodos - körpálya), vagyis a napfényes időszakok hossza. Ez a legstabilabb ökológiai faktor. Az organizmusoknak a fotoperiódus hosszára adott reakcióját fotoperiodizmusnak nevezzük. Ez szoros kapcsolatban áll a biológiai órával, létrehozva a szervezet életfunkcióinak időben tökéletes szabályozását.

A fotoperiodizmus jelensége jellemző minden organizmuscsoportra, de leginkább észrevehető azoknál a fajoknál, amelyek hirtelen bekövetkező évszakos változások közepette élnek. A trópusi élőlényekben ezek a reakciók kevésbé fejeződnek ki, ugyanakkor kiválthatják azokat a száraz időszakok és a periodikus trópusi esők változásai.

A növényeknél a napszakok változásait levelek érzékelik. Bennük képződnek a biológiailag aktív anyagok (fitohormonok), amelyek hatást gyakorolnak a különböző életfolyamatokra (a virágzás, a lombhullás, a termés, a gumó, a hagyma növekedése).

A soksejtű állatoknál a fotoperiodikus reakciókat az idegrendszer és az endokrin rendszer szabályozza.

Kritikus fotoperiódus - a fotoperiódus azon hossza, amely meghatározza az organizmusok új fejlődési szakaszba való jutását. így, az almamoly diapauzája a 32-ik szélességi fokon akkor következik be, amikor a fotoperiódus hossza 14 óra, a 44-ik szélességi fokon pedig 16 óra.

A napszakok hossza hatást gyakorol az ökoszisztémák működésére is, meghatározva egyes fajok mások általi törvényszerű szezonális leváltását. (Például, a sztyeppék és a sivatagok tulipánjai tavasszal virítanak és érlelnek magvakat, ezután föld feletti részeik elhalnak, hagymáik a talajban inaktív állapotban maradnak a következő tavaszig; 17. 3. ábra).

Sok vonuló madárfaj nyáron a mérsékelt égövi biocönózis tagjai, télen a trópusi és a szubtrópusi égövön élnek. A növényeknél és a poikiloterm állatok többségénél az életfunkciók télen jelentősen lecsökkennek, ami kiváltja az inaktív állapotra való átállást.

A fotoperiodizmus, mint az organizmusok örökletes reakcióhalmaza csak a napszakok és más ökológiai tényezők bizonyos együttes hatására jelennek meg. így a rovarok bábból (amelyben átteleltek) való kikelését a napszakok hossza és a megfelelő hőmérséklet határozza meg.

Az organizmusok fotoperiodikus vizsgálata fontos gyakorlati jelentőséggel bír. Például, növelve a fotoperiódus hosszát, meglehet növelni a nővé-

nyék produktivitását, stimulálni lehet az állatok szaporodását és növekedését stb. A madárfarmokon a baromfik éves tojáshozamát növelni lehet, megnövelve a fotoperiódus hosszát, és fenntartva azt egy állandó szinten.

Hasonlóak a napi típusokhoz a cirkadián ritmusok (lat.: circa - körül, „körül-belül” és die - nap). Ezek azzal állnak kapcsolatban, hogy a szervezet egyes biológiai folyamatainak intenzitása 20-28 óránként periodikusan változik. A cirkadián ritmusok a napi ritmusokból erednek, és időtartamuk növekedése vagy csökkenése kapcsolatban áll az életfeltételek változásaival. Ha bizonyos ökológiai tényezők állandó intenzitása kedvező, akkor a cirkadián ritmusok időtartalma megrövidülhet, amennyiben kedvezőtlen, éppen ellenkezőleg - hosz-szabbodhat.

17. 4. ábra. Az integetőrák testének színváltozása a sötéttől (1) a világosig (2)

A cirkadián ritmusok változását gyakran kíséri az élettani folyamatok lefolyásának károsodása, ameddig az endogén biológiai ritmusok nem szinkronizá-lódnak az exogénekkel. Az ehhez való alkalmazkodás különböző ideig tarthat -néhány naptól néhány hónapig. Például, az Atlanti óceán partvidékén élő integetőrák naponta változtatja testszínét: nappal az állat teste sötétebbé válik, éjszaka - világosabbá (17. 4. ábra). Kiderült, hogy az integetőrák szokott élőhelyéről eltávolított és akváriumba helyezett egyedek, testszínváltozása továbbra is szinkronban változott a természetes élőhelyen maradt egyedekével. Ezt a jelenséget megfigyelték olyan akváriumban is, amelyet teljesen izoláltak a fénytől. Amikor az akváriumot a rákokkal más időzónában vitték át, a színváltozás periodicitása fokozatosan (néhány hét leforgása alatt) megváltozott a helyi ár-apály ritmusnak megfelelően.

A Hold bizonyos fázisaival állnak kapcsolatban az ár-apály ritmusok. Az ár-apály (litorális) zónában élő szervezetekben jelennek meg ezek a leglátványosabban. Naponta az ár-apály fázisok közel 50 percet tolódnak. Eközben havonta kétszer, új- és teliholdkor (körül-belül 14 naponta, amikor a Föld, a Nap és a Hold egy vonalban állnak) a dagályok maximálissá válnak (a kanadai Fundy öbölnél elérheti a 18,5 métert).

A litorális zóna lakói apály idején mészhéjukba, házaikba bújnak el, beássák magukat a talajba, megváltoztatják színezetűket (lásd 17. 4. ábra, 17. 5, 1. ábra). Helyükben a visszahúzódó víz helyén, megjelennek a szárazföldi élettér állatfajai (atkák, rovarok, madarak), amelyek itt elegendő mennyiségű táplálékhoz jutnak (moszatok, állatmaradványok). Dagály idején a litorális zóna lakói újra aktívvá válnak.

Az ár-apály periódussal áll kapcsolatban egyes fajok szaporodása. így a kalászhal nősténye (17. 5, 3. ábra) a nagy dagályok idején eljut a partig, és lerakja ikráit a homokba, majd az ívás után visszatér a tengerbe. A halivadékok a következő nagy dagály ideje alatt kelnek ki az ikrából.

17. 5. ábra. Ár-apály ritmus: a tengerimakkok háza apály idején bezáródik (1), dagály idején pedig kinyílnak (2), kinyújtják pillásszőrű kacslábaikat, velük áramoltatva a vizet, kiszűrik belőle a táplálékot; 3 - a Dél-Kalifornia partjainál élő kalászhal, melynek ívása szorosan kapcsolódik a Hold bizonyos fázisaihoz

Az évszakos adaptív biológiai ritmusok kapcsolatban állnak a természet szezonálisan változó jelenségeivel. Jól kifejeződnek az egyenlítő mentén és a magasabban húzódó szélességi körökön (közel az északi és a déli pólushoz). Az évszakos ritmusok kapcsolatban állnak a Föld Nap körüli forgásával, ami kiváltja a klimatikus feltételek szezonális változását. Egyes évszakokkal kapcsolatban áll az organizmusok szaporodása, fejlődése, téli nyugalmi állapota, vedlése, vándorlása; a lombhullató növényeknél a levélzet éves változása. (Hozzatok fel példákat!)

Már tudjátok, hogy a gerinces állatoknál szoros kapcsolat van hipotalamusz és hipofízis között - ez a hipotalamo-hipofizeális rendszer. A hipotalamuszban tömörülnek az autonóm időzítő mechanizmusok, illetve a neuroszekréciós sejtek csoportjai. Ezek működése a fotoperiódus időtartamától függően változik. Azokat az élettani folyamatokat, amelyek kapcsolatban állnak az évszakok változásával, a hipofízis (az agyalapi mirigy) hormonjai szabályozzák. Ezeknek a hormonoknak a termelését hipotalamusz neurohormonjai szabályozzák.

A gerinces állatok évszakos állapotára jelentősen hatást gyakorolnak a gona-dotrop hormonok, amelyek stimulálják az ivarmirigyek működését. Ahogy tudjátok már, ezeket a hormonokat (luteinizáló hormont, másnéven: lutropint, folikula stimuláló hormont, másnéven: folitropint, prolaktint) a hipofízis elülső része termeli a hipotalamusz neurohormonjai hatására. A neuronok hatást gyakorolnak a prolactin kiválasztására is, ami szabályozza a szaporodás folyamatát, illetve a madaraknál a vándorlást is.

Az élmények a kedvezőtlen évszakokat túlélheti anabiózis vagy kriptobiózis állapotában (17.6. ábra). Az anabiózis - a szervezet olyan állapota, melyben az életfolyamatok észrevétlenné válnak az anyagcsere folyamatok gátlása következtében. Ezt is érheti jelentős vízveszteség (akár 75 %-nyi). Mikor kedvezővé

17. 6. ábra. Ez a mikroszkopikus gerinctelen furcsa kinézetű állatka a Medveállatkák törzsébe tartozik (az ízeltlábúak közeli rokonai, de nem rendelkeznek ízelt lábakkal); száraz állapotban (anabiózis) képes 8 órán keresztül elviselni a folyékony hélium (-271 °С) fürdőt, rövid ideig túlélni +150 °С fokos hevítést, a 6000 atmoszférás hidrosztatikus nyomást, az 570000 Gray dózisú röntgensugárzást

válnak a feltételek, az anabiózis állapota megszűnik, az életfolyamatok megújulnak. Az anabiózissal ellentétben, a kriptobiózis ideje alatt az életfolyamatok jelentősen lelassulnak, de nem gátlódnak. Kriptobiózisra például szolgálhat a különböző gerinces állatfajok téli álma, vagy sok rovarfaj diapauzája.

Jó tudni

A biológia tudományának speciális területe a kronobiológia (gör.: khronos- idő), amely az organizmusok biológiai ritmusait vizsgálja.

Kulcsszavak és fogalmak

adaptív biológiai ritmusok, „biológiai óra”, pacemakerek, fotoperiódus, fotoperiodizmus, anabiózis, kriptobiózis.

1. Mi az adaptív biológiai ritmus? 2. Mely biológiai ritmusokat nevezzük belsőknek vagy endogéneknek? 3. Mi a „biológiai óra” lényege? Milyen adaptív jelentősége van? 4. Mi váltja ki a napi ritmust? 5. Mi a cirkadián ritmus? Miben különbözik a napi ritmustól? 6 . Mi a fotoperiodizmus? Mi az adaptív jelentősége? 7. Mi váltja ki az ár-apály ritmust? Hogyan alkalmazkodtak hozzá az organizmusok? 8. Mi váltja ki az évszakos ritmusokat és az évszakok váltakozását? Milyen adaptációkkal találkozhatunk a különböző organizmusoknál, amelyek az évszakos változásokhoz segítenek nekik alkalmazkodni?

Miért van, hogy a trópusok lakói az évszakok változásáira másként reagálnak, mint a mérsékelt övi élőlények?

1. SZÁMÚ GYAKORLATI MUNKA

A KÜLÖNBÖZŐ ORGANIZMUSOK A KÖRNYEZETHEZ VALÓ ADAPTÁLTSÁGÁT MUTATÓ BÉLYEGEK VIZSGÁLATA

Cél: meghatározni az állat- és a növényvilág képviselőinek példáján a környezethez való adaptáltság jellemzőit.

Eszközök és anyagok: kaktuszok és édesvízi tüdőscsigák (vagy a tanár belátása szerint az állat- és a növényvilág más képviselőinek) élő példányai vagy róluk készült fénykép, csipeszek, Petri-csészék, nagyítók, tankönyvek.

A munka menete

1. Alaposan figyeljétek meg a javasolt állat- és növényfaj sajátosságait!

2. Határozók segítségével határozzátok meg a vizsgált fajok rendszertani helyzetét!

3. Határozzátok meg a fajok élőhelyét és ökológiai sajátosságait!

4. Határozzátok meg a vizsgált fajok adaptáltságát a környezeti feltételekhez!

5. Az eredményeket a következő minta-táblázatba írjátok!

6. Vonjátok le a következtetéseket, és írjátok be azokat a füzetbe!

6. TÉMA

AZ EGÉSZSÉGES ÉLETMÓD BIOLÓGIAI ALAPJAI

Ebben a témakörben megismerkedtek:

az egészséges életmód alapelveivel és komponenseivel; a biztonsággal és a szexuális kultúrával;

a dohányzás, az alkohol- és drogfogyasztás emberi szervezetre gyakorolt negatív hatásával;

a külső környezet és a stressz szervezetre gyakorolt hatásával; az ember különböző betegségeinek megelőzésével.

 

Ez a tankönyv anyaga Biológia 11. osztály Osztapcsenko, Bálán