§26. Периодические явления в живой природе: как связаны космические и биологические ритмы

Определения и обозначения

Биологические ритмы — это повторяющиеся изменения жизнедеятельности организмов. Они могут проявляться в активности, питании, росте и размножении. Например, организм может регулярно быть активным в определённое время или менять темп роста в течение года. Это понятие помогает объединить разные повторяющиеся события в жизни живых существ.

Суточные ритмы — регулярно повторяющиеся изменения, которые происходят в течение суток. К ним относится чередование сна и бодрствования у человека, а также дневная или ночная активность животных. Такой ритм помогает понять, почему разные организмы используют для жизни разное время суток. Он связан с чередованием дня и ночи.

Сезонные ритмы — повторяющиеся изменения, связанные со сменой времён года. Весной растения цветут и распускают листья, осенью многие деревья сбрасывают листву. Птицы могут улетать осенью и возвращаться весной, а некоторые животные зимой впадают в спячку. Понятие сезонного ритма нужно, чтобы описывать изменения, которые повторяются из года в год.

Космические ритмы — периодические изменения, обусловленные движением Земли и её взаимодействием с другими небесными телами. К ним относятся смена дня и ночи и смена времён года. Они влияют на условия на Земле, например на освещённость и температуру. Поэтому их можно связать с повторяющимися изменениями в жизни организмов.

Как это устроено

Земля вращается вокруг своей оси, поэтому разные её участки по очереди оказываются освещены Солнцем или находятся в тени. Так возникают день и ночь. С появлением солнечного света меняются освещённость и обычно температура воздуха, а ночью условия становятся другими. Поскольку вращение повторяется регулярно, эти изменения среды тоже повторяются.

Чередование дня и ночи задаёт животным регулярно меняющийся режим условий. Днём свет помогает одним видам искать пищу и замечать окружающее, поэтому они активны в это время. Другие животные приспособлены к темноте и выходят на поиски пищи ночью. Так складываются разные суточные ритмы активности: например, петух поёт на рассвете, а сова охотится в тёмное время.

В течение года Земля движется вокруг Солнца, а её ось наклонена. Из-за этого в разные части года солнечные лучи освещают поверхность по-разному и меняется продолжительность светового дня. Следом меняются температура и другие условия жизни. Смена сезонов связана с годовым движением Земли и наклоном её оси, а не просто с тем, что Земля становится ближе или дальше от Солнца.

Растения и животные встречают сезонные изменения среды повторно, поэтому некоторые события их жизни тоже повторяются по сезонам. При подходящих условиях весной распускаются листья и начинается цветение, а осенью деревья сбрасывают листву. Изменение условий может побуждать птиц улетать туда, где легче найти пищу, или животных готовиться к зимней спячке. Такие события относятся к сезонным ритмам.

Биологические ритмы помогают организмам приспосабливаться к условиям, которые регулярно меняются. Если активность или другое жизненное событие приходится на подходящее время, организму может быть легче находить пищу и переносить неблагоприятные условия. Однако реакции не одинаковы: один вид активен ночью, другой — днём, а разные растения могут цвести в разные сезоны. Значит, ритм зависит и от повторяющихся изменений среды, и от особенностей самого вида.

Космические ритмы и связанные с ними явления в жизни организмов

Читайте таблицу слева направо: сначала указана причина, затем изменение условий среды и связанный с ним ритм. В последнем столбце приведён пример проявления этого ритма. Сравните строки, чтобы увидеть разницу между суточными и сезонными изменениями.

Разбор задач

Петух и сова

Условие: петух поёт на рассвете, а сова охотится ночью. Нужно определить периодическое изменение среды, связанное с разным временем активности этих животных. Чтобы ответить, следует сопоставить время активности с повторяющимися изменениями в окружающей среде.

1. Петух активен на рассвете, когда заканчивается ночь и начинается день.
2. Сова охотится ночью, когда на местности темно.
3. Рассвет и ночь — части суток, которые сменяют друг друга регулярно. Значит, поведение связано с суточным ритмом, а его условие — смена дня и ночи.

Ответ: разное время активности петуха и совы связано со сменой дня и ночи и проявляется как суточный ритм.

Листья весной и осенью

Условие: весной у растения распускаются листья, а осенью они опадают. Нужно назвать тип ритма и космическое явление, с которым связана смена условий. Важно определить, повторяются ли изменения в течение суток или в разные сезоны года.

1. Распускание и опадание листьев происходят в разные времена года, а не каждый день.
2. Повторяющиеся изменения, связанные со сменой времён года, называют сезонным ритмом.
3. Смена сезонов связана с годовым движением Земли вокруг Солнца и наклоном земной оси, которые влияют на освещённость и температуру.

Ответ: это сезонный ритм; космическое явление — годовое движение Земли вокруг Солнца при наклоне земной оси.

Осенний и весенний перелёт птиц

Условие: осенью перелётные птицы покидают местность, а весной возвращаются. Нужно объяснить, почему это сезонный ритм и какие условия влияют на такое поведение. Для решения проследим цепочку от времени года до изменения в жизни птиц.

1. Отлёт и возвращение повторяются в определённые сезоны, поэтому это сезонный ритм.
2. Смена сезонов приводит к изменениям освещённости и температуры. Вместе с ними меняются и условия поиска пищи.
3. Когда в местности становится труднее находить пищу или пережить холод, перелёт помогает птицам переместиться в более подходящие условия. Весной условия снова меняются, и птицы возвращаются.

Ответ: перелёты — повторяющееся сезонное поведение, связанное со сменой сезонов и изменением условий среды, в том числе температуры и доступности пищи.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что биологические ритмы означают только чередование сна и бодрствования. Так думают, потому что этот пример легко заметить у людей, но ритмы бывают и сезонными: цветение, листопад, перелёты и спячка тоже повторяются. Проверьте себя: если изменение связано с разными сезонами года, оно не является только суточным. Значит, понятие ритма охватывает больше, чем режим сна.

Ошибка — принимать смену дня и ночи за следствие активности организмов. Такое впечатление может возникнуть потому, что животные меняют поведение вместе с освещённостью, но причина смены дня и ночи — вращение Земли вокруг оси. Чтобы проверить рассуждение, задайте вопрос: что происходит первым — движение Земли или реакция животного? Сначала меняются условия, а затем организм проявляет свой ритм.

Ошибка — объяснять времена года изменением расстояния от Земли до Солнца. Это объяснение кажется простым, если связывать лето с теплом, однако смена сезонов связана с годовым движением Земли и наклоном её оси. Проверьте себя, назвав обе причины, а не только движение Земли по орбите. Так вы не перепутаете космическое явление с изменениями условий, которые оно вызывает.

Ошибка — считать, что все организмы одинаково реагируют на смену дня и ночи или сезонов. Её допускают, когда один знакомый пример принимают за правило для всех видов. Сравните, например, дневную активность одних животных и ночную активность других. Если проявления различаются, значит, ритмы зависят от особенностей вида.

Связь с другими темами

Для понимания ритмов нужно знать, что Земля вращается вокруг своей оси и движется вокруг Солнца, а также различать день, ночь и времена года. Эти знания помогают объяснить приспособленность организмов к среде, сезонные изменения растений и поведение животных. Позже представление о периодических ритмах пригодится при изучении экосистем. Оно помогает проследить связи организмов с условиями окружающей среды.

Что запомнить

• Биологические ритмы — повторяющиеся изменения в жизни организмов.
• Вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи.
• Смена дня и ночи связана с суточными ритмами организмов.
• Смена времён года связана с годовым движением Земли вокруг Солнца и наклоном земной оси.
• Сезонные ритмы проявляются, например, в листопаде, перелётах птиц и зимней спячке.
• Ритмы помогают организмам жить в условиях регулярно меняющейся среды.