Природные ритмы

Ритмы природные — повторяемость во времени явлений и событий, происходящих в природе, включая и живые организмы. Различают ритмы : периодические — одинаковой длительности ( смена дня и ночи, времен года и пр. Ритмы бывают : сверхвековые, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т. п. Так, среди внутривековых ритмов наиболее четкими служат продолжительностью в 11, 22, 35 лет и др. 11-ле тняя цикличность проявляется в различной толщине годичных колец у древесных пород, в ритмах массовых размножений саранчи и пр. Годовая ритмика, связанная со сменой времен года, хорошо выражена в природных ландшафтах умеренных широт ( миграция рыб, перелеты птиц, изменение окраски и зимняя спячка животных ). Суточная ритмика фиксируется в любом природном явлении.

Эти ритмы помогают организму чувствовать время, и эту способность называют «биологическими часами». Они помогают птицам при перелетах ориентироваться по солнцу и вообще ориентируют организмы в более сложных ритмах природы.

Динамические  характеристики экосистемы имеют различную продолжительность : изменения в биоценозах могут иметь суточные и сезонные колебания ( ритмы ) ; могут длиться на протяжении ряда лет и даже в пределах времени геологических эпох, выражая тем самым эволюционные процессы в биосфере, как глобальной экосистемы.

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

Суточная, сезонная и многолетняя периодичность  внешних условий и проявление внутренних ( эндогенных ) ритмов организмов, флуктуации популяций достаточно синхронно отражается в цикличности всего сообщества — биоценоза.

И на этой «пылинке» — Земле существует особый, земной ритм прихода и расхода тепла, прихода света, слагающийся из годового ( сезонного ) и суточного ( дневного и ночного ) ритмов. Последние имеют четкую и многообразную выраженность. С суточными и сезонными ритмами изменений тепла и света находятся в прямой зависимости изменения температуры грунтов, почв, водных бассейнов, воздуха и всех предметов на поверхности Земли, а также изменения абсолютной и относительной влажности, ход развития растительности и животных организмов.

И на этой «пылинке» — Земле — существует особый, земной ритм прихода и расхода тепла, прихода света, слагающийся из годового ( сезонного ) и суточного ( дневного и ночного ) ритмов. Последние имеют четкую и многообразную выраженность.

Поскольку все  в природе совершается циклично, то и мы, и наша жизнь пронизаны ритмами. Мы ритмично ходим, питаемся, спим, дышим, работаем, отдыхаем. Физиологами установлено : умственная работоспособность достигает наивысшего уровня в период с 8 до 12 часов и между 16 и 18 часами. В недельном цикле максимум работоспособности приходится на вторник, среду, и четверг. В течение года наиболее продуктивным является период с октября по март месяцы с понижением работоспособности к летней экзаменационной сессии. Существуют люди с дневным ( «жаворонки» ) и ночным ( «совы» ) ритмами бодрствования. Учитывая все эти факторы, необходимо ответственную работу планировать по периодам естественного подъема работоспособности.

Обратимые изменения  в экосистеме — это изменения экосистемы в течение года от весны до весны при колебаниях климата в разные годы и изменении роли некоторых видов в связи с ритмами их жизненного цикла ( массовое осеменение дуба один раз в четыре года, массовое развитие клевера на лугу, вспышки численности непарного шелкопряда в лесу или мышевидных грызунов в степи ). При таких изменениях видовой состав экосистемы сохраняется, она лишь подстраивается к колебаниям внешних или внутренних факторов. В отдельные сезоны года некоторые компоненты экосистемы могут отсутствовать или впадать в состояние глубокого покоя ( птицы, на холодный период года улетающие в теплые страны ; медведь, спящий зиму в берлоге ; непарный шелкопряд, зимующий в кладке ; растения, переживающие неблагоприятный по климату год в стадии захороненных семян ).

Во-вторых, природные  процессы в геосфере ритмичны. Одни ритмы имеют астрономическую природу : суточные, сезонные, годовые ритмы или галактический год ( 200-230 млн лет — период обращения нашей галактики вокруг центра ).

Ритмы природные — повторяемость во времени явлений и событий, происходящих в природе, включая и живые организмы. Различают ритмы : периодические — одинаковой длительности ( смена дня и ночи, времен года и пр. Ритмы бывают : сверхвековые, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т. п. Так, среди внутривековых ритмов наиболее четкими служат продолжительностью в 11, 22, 35 лет и др. 11-ле тняя цикличность проявляется в различной толщине годичных колец у древесных пород, в ритмах массовых размножений саранчи и пр. Годовая ритмика, связанная со сменой времен года, хорошо выражена в природных ландшафтах умеренных широт ( миграция рыб, перелеты птиц, изменение окраски и зимняя спячка животных ). Суточная ритмика фиксируется в любом природном явлении.

Ритмическая активность разных систем синхронизирована между  собой неодинаково. Например, ритмы работы сердца и внешнего дыхания тесно связаны, однако связь этих систем с пищеварением почти не выражена.

В случае человека суточные и циркадные ритмы затрагивают  многие свойства и физиологические  процессы ( температура тела, артериальное давление, митотическая активность клеток, биоэлектрическая активность мозга, количество тромбоцитов в периферической крови и т. д. ). Предполагают, что эти ритмы генетически контролируются, т. к. у нейроспоры и дрозофилы установлены так называемые «часовые» гены, которые детерминируют циркадные ритмы этих организмов. Установлено также, что циркадный ритм присущ синтезу РНК на «часовых» генах и что существуют «часовые» белки, способные ингибировать экспрессию «часовых» генов.

У очень многих морских животных известны лунные ритмы. По мнению некоторых авторов, такие ритмы могут быть также у пресноводных и наземных видов.

Вращение Земли  вокруг Солнца ( с периодом около  одного года ), вращение Земли вокруг своей оси ( с периодом около 24 часов ), вращение Луны вокруг Земли ( с периодом около 28 дней ) приводят к колебаниям освещенности, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля, которые служат указателями времени для «биологических часов» живых организмов. Существуют околосуточные, околомесячные, лунные ритмы, а также ритмы с более длительными сроками колебаний.

Земли вокруг своей  оси ; годовые — с движением Земли по орбите вокруг Солнца и многолетние, которые во многом обусловлены главным образом активностью Солнца и Суточные и годовые ритмы оказывают влияние на жизнедеятельность организмов, аналогичное влияние оказывают ритмы, связанные, например, с фазами Луны и т. п. В целом географическая оболочка развивается поступательно, от простого к сложному, от низшего к высшему.

Известно, что  ритмичность процессов характерна и для литосферы и для гидросферы. Причем между этими ритмами существует жесткая корреляция. Взаимодействие компонентов биосферы друг с другом и с Космосом генерирует как их собственные ритмы, так и ритмы биосферы в целом. Так, часть солнечной энергии аккумулируется биосферой и продуктами ее деятельности и поступает в литосферу в виде осадочных отложений. Гео — и биохимические процессы в них протекают с выделением теплоты, которая возвращается частично в Космос, частично преобразуется в энергию тектонических движений ( сдвиги платформ, горообразование, вулканическая деятельность и др. ). При этом если природные катастрофы возникают на основе суперпозиции естественных ритмов биосферы и ее компонентов, то антропогенные катастрофы являются результатом наложения на природные ритмы возмущений случайного характера, обусловленных деятельностью человека.

Исследования  реакции организмов на изменение  продолжительности дня и ночи показывают, что растения и животные способны измерять время, т. е. они обладают так называемыми биологическими часами — эндогенными ритмами. Такая способность свойственна всем видам живых существ — от одноклеточных до человека. Ритмы, период которых равен или близок к 24 ч, называют циркадными. Летучие мыши покидают свои убежища каждый раз в одно и то же время — в сумерки — и сохраняют ритм активности даже в том случае, если они находятся в лабораторных условиях при полной темноте.

Приспособительные ритмы жизни — изменение физиологического состояния и поведения организмов в соответствии с циклическими изменениями внешней среды. В жизни разных видов организмов различают суточные, годовые и приливно-отливные ритмы. Ритмы жизни передаются по наследству.

Ритмы природные — повторяемость во времени явлений и событий, происходящих в природе, включая и живые организмы. Различают ритмы : периодические — одинаковой длительности ( смена дня и ночи, времен года и пр. Ритмы бывают : сверхвековые, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т. п. Так, среди внутривековых ритмов наиболее четкими служат продолжительностью в 11, 22, 35 лет и др. 11-ле тняя цикличность проявляется в различной толщине годичных колец у древесных пород, в ритмах массовых размножений саранчи и пр. Годовая ритмика, связанная со сменой времен года, хорошо выражена в природных ландшафтах умеренных широт ( миграция рыб, перелеты птиц, изменение окраски и зимняя спячка животных ). Суточная ритмика фиксируется в любом природном явлении.

Известно, что  ритмичность процессов характерна и для литосферы и для гидросферы. Причем между этими ритмами существует жесткая корреляция. Взаимодействие компонентов биосферы друг с другом и с Космосом генерирует как их собственные ритмы, так и ритмы биосферы в целом. Так, часть солнечной энергии аккумулируется биосферой и продуктами ее деятельности и поступает в литосферу в виде осадочных отложений. Гео — и биохимические процессы в них протекают с выделением теплоты, которая возвращается частично в Космос, частично преобразуется в энергию тектонических движений ( сдвиги платформ, горообразование, вулканическая деятельность и др. ). При этом если природные катастрофы возникают на основе суперпозиции естественных ритмов биосферы и ее компонентов, то антропогенные катастрофы являются результатом наложения на природные ритмы возмущений случайного характера, обусловленных деятельностью человека.

Суточные циклы  наиболее резко выражены в условиях климата высокой континентальности, где значительная разница между  дневными и ночными температурами. Например, в песчаных пустынях Средней Азии в жаркий полдень многие животные прячутся в норы или ведут ночной образ жизни летом, а некоторые — зимой переходят на дневной ( змеи, пауки и др. ). Однако суточные ритмы наблюдаются во всех географических зонах, и даже в тундре в полярный день растения закрывают и открывают свои цветки в соответствии с этими ритмами.

Ритмы природные — повторяемость во времени явлений и событий, происходящих в природе, включая и живые организмы. Различают ритмы : периодические — одинаковой длительности ( смена дня и ночи, времен года и пр. Ритмы бывают : сверхвековые, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т. п. Так, среди внутривековых ритмов наиболее четкими служат продолжительностью в 11, 22, 35 лет и др. 11-ле тняя цикличность проявляется в различной толщине годичных колец у древесных пород, в ритмах массовых размножений саранчи и пр. Годовая ритмика, связанная со сменой времен года, хорошо выражена в природных ландшафтах умеренных широт ( миграция рыб, перелеты птиц, изменение окраски и зимняя спячка животных ). Суточная ритмика фиксируется в любом природном явлении.

Деятельность  человека вызывает целый ряд приспособительных  реакций и со стороны организмов. Появление сорняков, придорожных  растений, амбарных вредителей и других подобных им является следствием приспособления организмов к человеческой деятельности в природе. Появились организмы, частично или полностью утратившие связь со свободной природой, например, амбарный долгоносик ( Calandra granaria L. Многие местные виды приспосабливаются не только к жизни в условиях агроценозов, но вырабатывают особые приспособительные черты строения, приобретают ритмы развития, которые соответствуют условиям жизни на обрабатываемых территориях, способные выдерживать уборку урожая, различные агротехнические мероприятия ( систему обработки почв, севообороты ), химические средства борьбы с вредителями. Одним из наиболее ярких примеров приспособления к результатам человеческой деятельности является так называемый индустриальный механизм, порожденный промышленной революцией. Так, до 1850 года в Англии были известны только светлые бабочки березовой пяденицы (, А ), окрашенные под цвет лишайников, покрывающих стволы деревьев. После того, как светлые лишайники основательно прокоптились фабричным дымом, светлая пяденица стала все более вытесняться темной, менее заметной и поэтому лучше укрывающейся от глаз хищников на потемневших стволах деревьев (, ).

Например, вертикальные миграции планктона, изображенные на фиг. Часы с пружинным заводом и внутренним балансиром будут служить аналогом эндогенных биологических часов, тогда как электрические часы, включающиеся в сеть переменного тока, генератор которого расположен на далеком расстоянии, иллюстрируют гипотезу экзогенного регулятора. Сторонники эндогенной гипотезы ( Питтендрай, 1961 ; Гастингс, 1969 ) предполагают, что основным измерителем времени служит какая-то осциллирующая биохимическая реакция в клетке или в эндокринной системе, но до сих пор мы располагаем только косвенными доказательствами в пользу этой гипотезы. Например, Пие ( 1969 ) сообщает, что гликолиз в клетках дрожжей «пульсирует» ритмическим образом, но среди известных нам ритмов дрожжей нет ни одного, который бы коррелировал с этими колебаниями метаболизма. Браун ( 1969 ) — приверженец идеи внешнего пейсмекера для внутренних часов — обнаружил, что организмы реагируют на суточные флуктуации магнитного поля Земли. Он полагает, что растения и животные используют такие слабые флуктуации как временную «сеть», по которой они кодируют информацию, необходимую для регуляции во времени своих физиологических ритмов.

Некоторые организмы, особенно в стадии покоя, могут существовать, по крайней мере некоторое время, при очень низких температурах ; отдельные виды микроорганизмов, главным образом бактерий и водорослей, способны жить и размножаться в горячих источниках при температуре, близкой к точке кипения ( гл. Как правило, верхние предельные значения фактора оказываются более критическими, чем «ижние, хотя многие организмы, видимо, вблизи верхних пределов диапазона толерантности функционируют более эффективно. Диапазон колебаний температуры в воде обычно меньше, чем на суше, и диапазон толерантности к температуре у водных организмов обычно уже, чем у соответствующих наземных животных. Таким образом, температура представляет собой важный и очень часто лимитирующий фактор. Температурные, световые, приливно-отливные ритмы и ритмы изменения влажности в значительной степени контролируют сезонную и суточную активность растений и животных. Температура часто создает зональность и стратификацию как в воде, так и в сухопутных местообитаниях ( подробно об этом будет сказано во второй части книги ). Кроме того, температура относится к тем факторам среды, которые легко поддаются измерению. Ртутный термометр, один из первых и наиболее распространенных точных научных приборов, недавно вытеснен электронными датчиками, та 1 кими, как платиновые термометры сопротивления, термопары ( спай двух-разных металлов ) и термисторы ( резисторы из окислов металлов ), с сопротивлением, сильно зависящим от температуры, которые позволяют не только производить измерения в труднодоступных местах, но и вести постоянную автоматическую регистрацию измерений. Кроме того, успехи в технике телеметрии позволяют передавать по радио данные о температуре тела, например ящерицы, сидящей глубоко в своей норе, или перелетной птицы, находящейся высоко в воздухе ( гл.

По поводу того, какие последствия будут преобладать  в результате этих процессов ( потепление или похолодание ), среди ученых идут дискуссии. С лучистой энергией Солнца связана освещенность земной поверхности, определяющаяся продолжительностью и интенсивностью светового потока. Вследствие вращения Земли происходит периодическое чередование темного и светлого времени суток, а также изменение продолжительности светового дня. Поскольку данный фактор имеет правильную периодичность, то его значение для жизни исключительно велико. У всех животных, включая человека, существуют так называемые и — к а ( суточные ) ритмы активности. Многие растения распускают цветы в дневное время и закрывают их ночью, а процессы фотосинтеза и дыхания, световые и темновые реакции наглядно демонстрируют приспособленность живого к освещенности.

Поскольку все  в природе совершается циклично, то и мы, и наша жизнь пронизаны ритмами. Мы ритмично ходим, питаемся, спим, дышим, работаем, отдыхаем. Физиологами установлено : умственная работоспособность достигает наивысшего уровня в период с 8 до 12 часов и между 16 и 18 часами. В недельном цикле максимум работоспособности приходится на вторник, среду, и четверг. В течение года наиболее продуктивным является период с октября по март месяцы с понижением работоспособности к летней экзаменационной сессии. Существуют люди с дневным ( «жаворонки» ) и ночным ( «совы» ) ритмами бодрствования. Учитывая все эти факторы, необходимо ответственную работу планировать по периодам естественного подъема работоспособности. 
 
 
 

Наилучшим образом живым организмам удается  приспособиться к периодическим  и однонаправленным факторам, характеризующимся определенностью действий, поэтому поддающимся однозначной расшифровке. То есть требование надсистемы в этом случае вполне понятно.

Частным случаем  таких адаптаций к повторяющимся  факторам является, например, фотопериодизм - это реакция организма на длину светового дня в умеренных и полярных зонах, которая воспринимается как сигнал для смены фаз развития или поведения организмов. Примерами фотопериодизма являются такие явления, как листопад, линька животных, перелеты птиц и т.п. Применительно к растениям выделяют обычно растения короткого дня, существующие в южных широтах, где при длительном вегетационном периоде день относительно короткий, и растения длинного дня, характерные для северных широт, где при коротком периоде вегетации день длиннее. Другим примером адаптации к периодичности природных явлений может служить суточная ритмика. Например, у животных при смене дня и ночи меняется интенсивность дыхания, частота сердцебиений и т.д. К примеру, серые крысы более лабильны по суточной ритмике, чем черные, поэтому они легче осваивают новые территории, заселив уже практически весь земной шар.