Меню Рубрики

Биологическая точка зрения о полном анабиозе человека

Влияние массовой культуры, особенно кинематографа, велико и неоспоримо. Возьмем, к примеру, анабиоз. Что это такое, люди представляют себе слабо, зато о нем знают все, кто старше трех — пяти лет, благодаря фильмам вроде «Чужих» или «Аватара». Однако в токовании термина существуют определенные, весьма распространенные заблуждения. Большинство скажут, что анабиоз – сон, похожий на смерть. Но такое описание скорее подходит летаргии, которая является болезненным состоянием, сопутствующим сильному истощению, истерии и сильным внезапным волнениям. А состояние анабиоза – защитная, запланированная природой реакция, помогающая пережить регулярные неблагоприятные обстоятельства.

Впервые обнаружил и описал такое явление Левенгук, и случилось это два с половиной столетия назад. В несколько случайном опыте он поместил в воду сухой песок. Спустя какое-то время под микроскопом увидел мелкие организмы в активном состоянии. После высушивания они опять визуально прекратили свое существование. Этих мелких животных Левенгук назвал коловратками – и так впервые был описан анабиоз. Что это за явление, рассказал Вильгельм Прейер. Он же дал ему название, и случилось это гораздо позже, в конце 19 века (а точнее, в 1873 году). Перевод самого термина встречается в двух вариантах. Согласно первому «ана» — «нет», а «биос» — «жизнь». Вторая часть, кстати, переводится всегда одинаково. А вот первая иногда трактуется как «вновь». Соответственно, в первом случае имеем «не жизнь», «мнимая смерть», во втором – «оживление», «возвращение к жизни».

Анабиоз: что это с точки зрения биологии

Все процессы, свойственные впадающему в такое состояние организму, замедлены настолько, что отсутствуют внешние признаки жизни. В этом заключается принцип анабиоза. Состояние проявляется при ухудшении окружающих условий. Наиболее ярко выражен анабиоз у бактерий, простейших, которые способны образовывать цисту, и грибов. По ареалу распространения первое место занимают пустынные создания, реагирующие таким образом на высокие температуры. Еще следует отметить, говоря про анабиоз, что это явление временное, проходящее самостоятельно, как только условия вокруг станут более благоприятными. Никаких дополнительных усилий прилагать для «оживления» не надо.

Виды анабиоза

По периодичности и условиям наступления разделяют анабиоз на вынужденный и сезонный. Первый приходит на помощь способному к нему организму, когда внезапно окружающие условия меняются настолько, что ставят под сомнение его существование. Примером могут служить все те же опыты Левенгука.

Сезонный отличается определенной периодичностью; живые существа впадают в него в неблагоприятный для них сезон и готовятся к нему заранее. Или же он свойствен определенной стадии развития. Характерный пример – цисты, семена, споры, комариные личинки.

Также можно выделить полный (истинный, или настоящий) и неполный анабиоз. Первый в природе чрезвычайно редок – слишком многие условия и факторы должны совпасть. При этом вся биохимия в «спящем» организме останавливается, но способность к восстановлению жизнедеятельности остается. Неполный анабиоз отличается сохранением части биохимических процессов в действии. Список тех, кто его использует, куда более широк.

Кто способен к анабиозу

Перечень не так уж велик, особенно если иметь в виду истинный анабиоз:

  • бактерии, образующие споры;
  • грибы — не те, что употребляются в пищу, а микроскопические;
  • беспозвоночные и простейшие – от кишечнополостных (отдельные виды) до немногих насекомых;
  • из позвоночных – рукокрылые, некоторые амфибии (сибирский углозуб и даллия – рыба, которая водится на Чукотке и Аляске);
  • у растений – споры и семена, примечательна в этом отношении иерихонская роза, у которой в анабиоз впадают вегетативные органы.

Основные условия

Без обезвоживания организма анабиоз невозможен. Однако не всякое обезвоживание ведет к нему: в процессе анабиоза должна сохранятся структура белка, что для большинства живых организмов недоступно. Если же при дегидратации белок нарушен, восстановление всего организма невыполнимо – он умирает.

Научные споры

Среди ученых нет единого мнения насчет того, какие именно способы борьбы с тяжелыми природными условиями можно отнести к понятию «анабиоз». Что этот термин подразумевает? С тем, что его можно отнести к зимней спячке, согласны далеко не все. Но поскольку большинство процессов заторможены: животное не нуждается в еде, не испражняется, не страдает от холода и не испытывает жажды, продолжает дышать, сердце бьется, а определенные биохимические реакции в теле не останавливаются, многие исследователи все же склоняются к тому, что спячку можно считать вариантом неполного, частичного анабиоза.

А вот приостановка жизненных процессов у хладнокровных уверенно относится к анабиозу всеми учеными. Основанием является уже хотя бы то, что перед впадением в это состояние организм тех же лягушек начинает выработку своего рода антифризов, которые нужны для предотвращения кристаллизации воды внутри клеток, что неизменно ведет к разрыву клеточных мембран и гибели животного. У лягушки останавливается сердце, не работают почки, отсутствует дыхание. А белок – самая уязвимая составляющая организма – преобразовывается в гидрогель, схожий по виду с сухим желатином. В анабиозе лягушка внешне ничем не отличается от мертвой. Однако с потеплением начинает биться сердце, и все функции восстанавливаются.

Перспективы для человека

Если когда-нибудь станет возможным анабиоз человека, медицина немедленно перейдет на следующую ступень. Можно будет сохранять организм пострадавшего в целостности до получения возможности его вылечить. Вполне доступными окажутся межзвездные путешествия (вспоминаем опять космическо-фантастические фильмы). Однако в ближайшем будущем ожидать такого прорыва не приходится.

Биологическая точка зрения о полном анабиозе человека

Доброго времени суток.

1) Реален ли с биологической точки зрения полный анабиоз у человека?

2) Какие формы внутривидовых связей могут возникать между растениями клевера на одном лугу?

3)Какие изменения в возрастной и половой структуре популяции серой крысы желательны с точки зрения человека, старающегося сократить ее численность?

Привет народ, помогите плиз решить задачу по экологии:Общее содержание углекислого газа в Атмосфере Земли составляет 1100 млрд.т. Установлено, что за один год растительность ассимилирует (усваивает, поглощает) почти 1 млрд.т. углерода. Примерно столько же его выделяется в атмосферу. Определите, за скока лет весь углерод атмосферы пройдет через организмы( атомная масса углерода 12, кислорода 16).

А то даже не знаю как и через что это считать.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Реален ли, с биологической точки зрения, полный анабиоз у человека. [16]

Практическое значение для холодильной технологии имеет не состояние анабиоза в понимании П. И. Бахметьева, а состояние переохлаждения и отчасти только лишь начала кристаллообразования. [17]

В продолжение всей жизни растения ( за исключением периода зимнего анабиоза ) между его корневой системой и почвой происходит обмен веществ, интенсивность которого тесно связана с течением физиологическах процессов в организме. Наиболее легко поддается исследованию дыхание корней, о котором можно судить как по поглощению кислорода, так и по выделению углекислого газа. [18]

Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии анабиоза . В земле, которая прилипла к растениям из гербария Кью Гарденс ( Англия) и пролежала вместе с ними в сухом состоянии от 200 до 320 лет, было обнаружено лишь небольшое количество жизнеспособных спор Bacillus subtilis и В. В пробах почвы, хранившихся от 50 до 100 лет, были также обнаружены споры В. По данным такого рода экспериментов, в сухой почве за 50 лет хранения до 90 % спор теряет жизнеспособность. [20]

Позднейшие опыты ряда ученых показали, что трактовка П. И. Бахметьевым состояния анабиоза требует значительных поправок. Далее было доказано, что точка смерти не может совпадать с критической точкой, а лежит значительно выше ее. [21]

Позднейшие опыты ряда ученых показали, что трактовка П. И. Бахметьевым состояния анабиоза требует значительных поправок. Далее было доказано, что точка смерти не может совпадать с критической точкой, а лежит значительно выше ее. Наконец, следует указать и на то, что гибель насекомого наступает не при 100 % — ном вымораживании влаги, а в пределах от Vs до 1 / а общего количества воды в теле насекомого. [22]

Кратко остановимся на некоторых сравнительных аспектах проблемы экзогенного покоя — анабиоза клеток искусственно получаемых покоящихся суспензий и сухих препаратов, так как эти вопросы являются предметом многих специальных публикаций. [23]

Высушенные до влажности около 8 % дрожжевые клетки находятся в состоянии анабиоза . Для сушки наиболее пригодны дрожжи плотной консистенции с содержанием внеклеточной влаги 12 — 17 % при общей влажности 70 — 71 % — Вода в дрожжевой клетке находится в форме адсорбционно и осмотически связанной. Адсорбционно связанная влага прочно удерживается коллоидами клетки и трудно испаряется. Осмотически связанная влага ( влага набухания), так же как и внеклеточная, удаляется без нарушения структуры клетки. [24]

Вполне мыслима такая ситуация, когда человек, погруженный в состояние анабиоза , будет реанимирован, например, через тысячу лет. [25]

Таким образом, основными причинами повреждений клетки в процессе искусственного перехода в анабиоз являются: несбалансированное по количеству и скорости удаление свободной и связанной клеточной воды и неподготовленность субклеточных структур к такому стрессу как обезвоживание и изменение ионного гомеостаза клетки. [26]

В настоящее время обозначены общие подходы к подготовке клеток для их ввода в анабиоз и последующей реактивации. [27]

Перспектива применения низких температур для временного замедления жизненных процессов, длительного сохранения живых существ в состоянии анабиоза давно волнует биологов, медиков и работников сельского хозяйства. Особенно большой вклад в подготовку решения этой проблемы внес русский биолог П. И. Бахметьев, в 1900 — 1912 гг. исследовавший способность некоторых насекомых и амфибий оживать после замораживания и оттаивания и выяснивший законы кристаллизации в них воды. [28]

К низким температурам бактерии мало чувствительны, под их воздействием замедляются процессы жизнедеятельности и они впадают в состояние анабиоза ; особенно большой устойчивостью обладают споры бактерий и плесневых грибов. [29]

При неблагоприятных условиях простейшие и некоторые другие организмы, например коловратки, впадают в состояние длительного покоя — анабиоза . Тогда они принимают округлую форму, покрываясь плотной оболочкой — инцистируются ( рис. 53, г); в таком состоянии они могут существовать очень долго. При очистке сточных вод это свойство очень важно, так как позволяет при нарушении эксплуатации очистных сооружений сохранить жизнь ряду организмов активного ила. При восстановлении обычных условий обитания организмы из инцистированного переходят в активное состояние, и в иле начинают появляться его обычные обитатели. [30]

Возможен ли анабиоз человека?

Анабиоз — состояние резкого замедления жизненных процессов, при котором отсутствуют видимые признаки жизни. В настоящее время, живые существа могут его достигнуть двумя основными способами: высушивание и замораживание.

Высушивание по отношению к многоклеточному макроорганизму применять бессмысленно, в то время как замораживание могло бы помочь людям с анабиозом, если бы не одно «но»: вода, несмотря на все её плюсы, обладает мерзким свойством расширяться при затвердевании, тем самым повреждая клеточную структуру, не говоря уже о жизни макроорганизма. Однако, к примеру, деревья приспособились к зимним холодам при помощи растворения в воде различных смол, чтобы помешать вышеописанному явлению.

Когда человечество научится изменять свойства воды теми или иными способами без вреда для макроорганизма, анабиоз человека станет реальным явлением.

Биологическая точка зрения о полном анабиозе человека

§ 3. Основные пути приспособления организмов к среде

Вспомните
Строение клетки
Обмен веществ
Терморегуляция

Многие организмы в течение жизни периодически испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить и сильную жару, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи. Как приспосабливаются они к таким экстремальным ситуациям, когда нормальная жизнь сильно затруднена?

При ухудшении условий среды многие виды способны приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жизни. Это явление было обнаружено в начале XVIII столетия Антони ван Левенгуком, который впервые наблюдал в сделанный им микроскоп мир мелких организмов. Он заметил и описал, что некоторые из них могут полностью высыхать на воздухе, а затем «оживать» в воде. В высушенном состоянии они кажутся полностью безжизненными. Позднее такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом («ана» — нет, «биос» — жизнь).

Читайте также:  Утрата зрения животными обитающими в почве является примером

Глубокий анабиоз — это практически полная остановка обмена веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно расширяет возможности выживания организмов в самых суровых условиях. В опытах высушенные семена и споры растений, некоторые мелкие животные — коловратки (рис. 9), нематоды выдерживают длительное время температуры жидкого воздуха (-190 °С) или жидкого водорода (-259,14 С).

Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании организмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопровождалась нарушением внутриклеточных структур. Большинство видов к этому не способно. Например, в клетках высших растений имеется обычно большая центральная вакуоль с запасом влаги. При высыхании она исчезает, клетка меняет форму, сжимается, и ее внутреннее строение нарушается. Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается редко. Однако замедление обмена веществ и понижение жизнедеятельности в неблагоприятных условиях — явление широко распространенное. Клетки тела при этом частично обезвоживаются, происходит также и другая перестройка их состава. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют криптобиозом или скрытой жизнью («криптос» — скрытый). В состоянии пониженного обмена веществ организмы резко повышают свою устойчивость и очень экономно тратят энергию.

К явлениям скрытой жизни относятся оцепенение насекомых, зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве, а мелких обитателей — в пересыхающих водоемах (рис. 10). В неактивном состоянии часто находятся в природе многие виды бактерий, пока не возникнут благоприятные условия для их размножения.

Скрытая жизнь — очень важное экологическое приспособление. Это возможность переживать неблагоприятные изменения среды обитания. При восстановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни.

Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом затраты на свое существование.

Другой, прямо противоположный путь выживания организмов связан с поддержанием постоянства внутренней среды, несмотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в условиях изменчивой температуры, теплокровные животные — птицы и млекопитающие — поддерживают внутри себя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела.


Рис. 1 1 .

Клетка черешка листа сахарной свеклы: 1 — хлоропласты; 2 — ядро; 3 — вакуоли; 4 — цитоплазма; 5 — митохондрии; 6 — клеточная оболочка

В вакуолях клеток наземных растений содержатся запасы влаги, что позволяет им жить на суше (рис. 11). Многие растения способны переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях.

Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Каждый из двух описанных путей выживания имеет свои преимущества и недостатки. При возможности тормозить обмен веществ и переходить к скрытой жизни организмы экономят энергию и повышают устойчивость, но не способны к активности при ухудшении условий. При регуляции температуры и запасов влаги в теле представители различных видов могут поддерживать нормальную жизнедеятельность в очень широком диапазоне внешних условий, но тратят при этом много энергии, которую им необходимо постоянно восполнять. Кроме того, такие организмы очень неустойчивы к отклонениям режима их внутренней среды. Например, у человека повышение температуры тела всего на 1 °С свидетельствует о нездоровье.

Кроме подчинения и сопротивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания — избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообитаний. Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве (рис. 12).

Рис. 13. Гнезда и норы животных

Например, зимующие тетерева и рябчики на большую часть суток зарываются в снег, где гораздо теплее. Многие животные устраивают жилища — норы и гнезда, защищающие их от внешних воздействий. Это тоже путь избегания неблагоприятных факторов (рис. 13). Ярким

Рис. 14. Стая журавлей

Рис. 15. Главнейшие направления пролетных путей птиц

примером избегания зимней бескормицы и холодов являются дальние перелеты птиц (рис. 14, 15).

Все три пути выживания могут сочетаться у представителей одного и того же вида. Например, растения не могут поддерживать постоянную температуру тела, но многие из них способны регулировать водный обмен. Холоднокровные животные подчиняются неблагоприятным факторам, но могут и избегать их воздействия. В целом же мы видим, что при огромном разнообразии живой природы в ней можно выделить лишь несколько основных путей приспособительного развития видов.

Увеличение устойчивости организмов в состоянии скрытой жизни находит широкое применение в хозяйственной практике. В специальных хранилищах создаются особые режимы для длительного хранения семян растений, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохозяйственных животных. В медицинской практике разработаны особые условия для сохранения донорской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих видов животных и растений, с тем чтобы в дальнейшем иметь возможность восстановить их в природе.

Главные пути выживания организмов при ухудшении условий —

либо временный переход в неактивное состояние, либо

сохранение активности при дополнительных затратах энергии,

либо избегание неблагоприятного фактора и перемена мест

обитания. У разных видов эти пути реализуются по-своему.

• Примеры и дополнительная информация

1. Длительность жизни покоящихся семян растений зависит от условий хранения. Повышение влажности и температуры увеличивает траты резервов семени на дыхание, и они в конце концов истощаются. Желуди дуба хранятся не более трех лет. Сухие семена могут долго лежать, не теряя всхожести: семена мака — до 10 лет, зерновки ржи, ячменя и пшеницы — до 32, плоды одуванчика —до 68, лотоса — до 250 лет. Известен случай, когда проросли семена лотоса, найденные в торфе болота, высохшего 2000 лет тому назад. Плоды этого растения покрыты толстой газо- и водонепроницаемой оболочкой.

2. В Центральной Антарктиде русские исследователи провели микробиологический анализ образцов льда из глубины ледника. Возраст слоев льда, в которых обнаружены жизнеспособные микроорганизмы, достигает 10—13 тыс. лет. Найдены в основном бактерии, а также споры грибов и дрожжей. Позднее жизнеспрсобные бактерии были обнаружены в образцах горных пород под антарктическим ледником. Их возраст составлял от 10 тыс. до 10 млн лет.

3. Теплокровные животные могут жить в очень холодных районах, выдерживая морозы до -50 «С. В таких случаях разница температур самого животного и окружающей среды может составить 80— 90 «С. У пингвинов постоянная температура тела равна +37—38 °С, у северных оленей +38—39 «С. Для поддержания теплового баланса животные тратят жировые энергетические запасы. Очень важна также роль теплоизолирующих покровов (пуха, пера, меха). К зиме эти покровы становятся гуще и пушистее, обеспечивая вокруг тела воздушную прослойку, сохраняющую тепло.

4. Растения, которые могут жить в очень сухом и жарком климате, способны удерживать воду в теле и регулировать ее испарение. Кактусы, произрастающие в пустынях, обладают очень прочными непроницаемыми покровами с немногочисленными устьицами. Листья их превращены в колючки, этим уменьшена общая поверхность, способствующая испарению. Фотосинтез происходит в зеленом стебле. Жарким днем плотно закрыты устьица, и растения довольствуются при фотосинтезе тем углекислым газом, который проникает в их тело за ночь или выделяется в клетках в процессе дыхания. Скудная почвенная влага, поглощаемая корнями, надолго сохраняется в этих растениях, обеспечивая их жизнедеятельность.

5. В сухих среднеазиатских пустынях обитает несколько видов мокриц. Это мелкие наземные ракообразные, нуждающиеся, как и их ближайшие водные родственники, в высокой влажности окружающей среды. Живя в пустынях, они способны избегать жару и сухость. Мокрицы роют в глинистой почве вертикальные норки, л в глубине которых температура резко снижена, а воздух насыщен водяными парами. Кормятся они на поверхности почвы растительными остатками, выходя из норок только в то время суток, когда увлажняется приземный слой воздуха. Самка в жаркие часы затыкает отверстие своими передними сегментами, несущими непроницаемые покровы, чтобы сохранить влажность и уберечь от высыхания свое потомство.

6. У суслика в состоянии активности частота сокращений сердца около 300 ударов в минуту, а во время спячки — всего 3. Температура тела понижается до +5 «С. Несмотря на низкую интенсивность обмена веществ, животные во время спячки сильно теряют в весе и могут погибнуть от истощения, если не накопят к зиме достаточно жира.

• Вопросы.

1. Приведите примеры: 1) избегания организмами неблагоприятных условий и 2) перехода в состояние скрытой жизни.

2. У верблюдов после летней стрижки расход воды на испарение увеличился на 50%. Почему это произошло9 В какое время года вы рекомендуете стричь животных?

3. Почему медицинские инструменты стерилизуют не путем промораживания, а кипячением или нагреванием в автоклавах при высоком давлении?
4. Маки и тюльпаны — влаголюбивые растения. Почему они могут расти в жарких пустынях?

5. Колибри, крохотные птицы Западного полушария, отыскивают пищу с помощью зрения. Они питаются нектаром цветов и мелкими насекомыми. Задень они съедают корма вдвое больше, чем весят сами. Колибри очень активны, частота взмахов крыльев у разных видов от 20 до 100 в секунду, частота сокращения сердца — до 1000 ударов в минуту. С наступлением сумерек колибри садятся на ветки и впадают в оцепенение. Температура их тела падает до +17—18 °С. Объясните, в чем выгоды такого приспособления.

Темы для дискуссий.

1. Реален ли с биологической точки зрения полный анабиоз у человека?

2. Почему до сих пор, несмотря на отсутствие реальных подтверждений, ученые не отказались от мысли обнаружить жизнь на Марсе?

3. Что, по-вашему, выгоднее — строить вдвое больше зернохранилищ с эффективным режимом хранения зерна или стремиться получить вдвое больший урожай?

4. Известно, что у многих рыб температура тела постоянна. Значит ли это, что их можно отнести к теплокровным животным?

5. У лошадей, коров, овец и других домашних животных постоянная температура тела и при хороших, и при плохих кормах. Значит ли это, что регуляция температуры у них не зависит от корма?

Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002. — 304 с.

Помощь школьнику онлайн, Экология для 10 класса скачать, календарно-тематическое планирование

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

Темы для дискуссий

1. Реален ли с биологической точки зрения полный анабиоз у человека?

2. Почему до сих пор, несмотря на отсутствие реальных подтверждений, ученые не отказались от мысли обнаружить жизнь на Марсе?

3. Что, по-вашему, выгоднее — строить вдвое больше зернохранилищ с эффективным режимом хранения зерна или стремиться получить вдвое больший урожай?

4. Известно, что у многих рыб температура тела постоянна. Значит ли это, что их можно отнести к теплокровным животным?

5. У лошадей, коров, овец и других домашних животных постоянная температура тела и при хороших, и при плохих кормах. Значит ли это, что регуляция температуры у них не зависит от корма?
§ 4. Основные среды жизни

ВСПОМНИТЕ

Фотосинтез
Ночвенныи гумус
Структура почвы
Микроорганизмы

Условия обитания различных видов удивительно разнообразны. Одни из них, например некоторые мелкие клещики или насекомые, всю жизнь проводят внутри листа растения, который для них — целый мир, другие осваивают огромные и разнообразные пространства, как, например, северные олени, киты в океане, перелетные птицы.

В зависимости от того, где живут представители разных видов, на них действуют разные комплексы экологических факторов. На нашей планете можно выделить несколько основных сред жизни, сильно различающихся по условиям существования: водную, наземно-воздушную, почвенную. Средой обитания служат также сами организмы, в которых живут другие.

Читайте также:  Компьютерная информация с юридической точки зрения

Водная среда жизни. Все водные обитатели, несмотря на различия в образе жизни, должны быть приспособлены к главным особенностям своей среды. Эти особенности определяются прежде всего физическими свойствами воды: ее плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы.

Рис.16. Разнообразные организмы, составляющие морской планктон

Плотность воды определяет ее значительную выталкивающую силу. Это значит, что в воде облегчается вес организмов и появляется возможность вести постоянную жизнь в водной толще, не опускаясь на дно. Множество видов, преимущественно мелких, неспособных к быстрому активному плаванию, как бы парят в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии. Совокупность таких мелких водных обитателей получила название планктон. В состав планктона входят микроскопические водоросли, мелкие рачки, икра и личинки рыб, медузы и многие другие виды (рис. 16). Планктонные организмы переносятся течениями не в силах противостоять им. Наличие в воде планктона делает возможным фильтрационный тип питания, т. е. отцеживание, при помощи разных приспособлений, взвешенных в воде мелких организмов и пищевых частиц. Оно развито и у плавающих, и у сидячих донных животных, таких, как морские лилии, мидии, устрицы и другие. Сидячий образ жизни был бы невозможен у водных обитателей, если бы не было планктона, а он, в свою очередь, возможен только в среде с достаточной плотностью.


1 — скумбрия

Рис.17. Бысто плавающие рыбы.

Плотность воды затрудняет активное передвижение в ней, поэтому быстро плавающие животные, такие, как рыбы, дельфины, кальмары, должны иметь сильную мускулатуру и обтекаемую форму тела (рис. 17). В связи с высокой плотностью воды давление с глубиной сильно растет. Глубоководные обитатели способны переносить давление, которое в тысячи раз выше чем на поверхности суши.

Свет проникает в воду лишь на небольшую глубину, поэтому растительные организмы могут существовать только в верхних горизонтах водной толщи. Даже в самых чистых морях фотосинтез возможен лишь до глубин в 100—200 м. На больших глубинах растений нет, а глубоководные животные обитают в полном мраке.

Температурный режим в водоемах более мягок, чем на суше. Из-за высокой теплоемкости воды колебания температуры в ней сглажены, и водные обитатели не сталкиваются с необходимостью приспосабливаться к сильным морозам или сорокаградусной жаре. Только в горячих источниках температура воды может приближаться к точке кипения.

Одна из сложностей жизни водных обитателей — ограниченное количество кислорода. Его растворимость не очень велика и к тому же сильно уменьшается при загрязнении или нагревании воды. Поэтому в водоемах иногда бывают заморы — массовая гибель обитателей из-за нехватки кислорода, которая наступает по разным причинам.

Солевой состав среды также очень важен для водных организмов. Морские виды не могут жить в пресных водах, а пресноводные — в морях из-за нарушения работы клеток.

Наземно-воздушная среда жизни. Эта среда отличается другим набором особенностей. Она в целом более сложна и разнообразна, чем водная. В ней много кислорода, много света, более резкие изменения температуры во времени и в пространстве, значительно слабее перепады давления и часто возникает дефицит влаги. Хотя многие виды могут летать, а мелкие насекомые, пауки, микроорганизмы, семена и споры растений переносятся воздушными течениями, питание и размножение организмов происходит на поверхности земли или растений. В такой малоплотной среде, как воздух, организмам необходима опора. Поэтому у наземных растений развиты механические ткани, а у наземных животных сильнее, чем у водных, выражен внутренний или наружный скелет. Низкая плотность воздуха облегчает передвижение в нем. Актив-

ный и пассивный полет освоили около двух третей обитателей суши. Большинство из них — насекомые и птицы.

Воздух — плохой проводник тепла. Этим облегчается возможность сохранения тепла, вырабатываемого внутри организмов, и поддержание постоянной температуры у теплокровных животных. Само развитие теплокровности стало возможным в наземной среде. Предки современных водных млекопитающих — китов, дельфинов, моржей, тюленей — когда-то жили на суше.

У наземных обитателей очень разнообразны приспособления, связанные с обеспечением себя водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система (рис. 18), водонепроницаемыи слои на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных это также различные особенности строения тела и покровов, но, кроме того, поддержанию водного баланса способствует и соответствующее поведение. Они могут, например, совершать миграции к водопоям или активно избегать особо иссушающих условий. Некоторые животные могут жить всю жизнь вообще на сухом корме, как, например, тушканчики или всем известная платяная моль. В этом случае вода, необходимая организму, возникает за счет окисления составных частей пищи.

В жизни наземных организмов большую роль играют и многие другие экологические факторы, например состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности. Особо важны погода и климат. Обитатели наземно- воздушной среды должны быть приспособлены к климату той части Земли, где они живут, и переносить изменчивость погодных условий.

М. С. Гиляров (1912—1985)
крупный зоолог, эколог, академик, основоподажник широких исследований мира гочвенных животных

Почва как среда жизни. Почва представляет собой тонкий слой поверхности суши, переработанный деятельностью живых существ. Твердые частицы пронизаны в почве порами и полостями, заполненными частично водой, а частично воздухом, поэтому почву способны населять и мелкие водные организмы. Объем мелких полостей в почве — очень важная ее характеристика. В рыхлых почвах он может составлять до 70% , а в плотной — около 20% (рис. 19). В этих порах и полостях или на поверхности твердых частиц обитает огромное множество микроскопических существ: бактерий, грибов, простейших, круглых червей, членистоногих (рис. 20—22). Более крупные животные прокладывают в почве ходы сами. Вся почва пронизана корнями растений. Глубина почвы определяется глубиной проникновения корней и деятельностью роющих животных. Она составляет не более 1,5—2 м.


Б

Мелкие членистоногие, обитающие в почве:

А — коллемболы, Б — различные клещи

микроскопический почвенный гриб мукор

микроскопический почвенный гриб пеницилл

Воздух в почвенных полостях всегда насыщен водяными парами, а состав его обогащен углекислым газом и обеднен кислородом. Этим условия жизни в почве напоминают водную среду. С другой стороны, соотношение воды и воздуха в почвах постоянно меняется в зависимости от погодных условий. Температурные колебания очень резки у поверхности, но быстро сглаживаются с глубиной.

Главная особенность почвенной среды — постоянное поступление органического вещества в основном за счет отмирающих корней растений и опадающей листвы. Это ценный источник энергии для бактерий, грибов и многих животных, поэтому почва — самая насыщенная жизнью среда. Ее скрытый от глаз мир очень богат и разнообразен.

Живые организмы как среда жизни. Паразитизм — широко распространенное в природе явление. Нет ни одного вида многоклеточных животных или растений, которые не имели бы своих паразитов. Они обнаруживаются даже у бактерий. Паразиты могут населять полости тела хозяина, проникать в ткани или внутрь отдельных клеток. Сложный организм хозяина для них — целый мир. Кроме паразитов, виды-хозяе- ва могут иметь полезных сожителей. Например, жвачные животные не смогли бы переваривать пищу без разнообразных бактерий и инфузорий, населяющих их желудок (рис. 23). Пищеварение человека также осуществляется с помощью полезной микрофлоры.

Паразиты и другие обитатели органов и тканей хозяев живут в условиях практически неограниченного запаса пищи (рис. 24). Организм хозяина служит им также защитой от внешних воздействий. Им не грозит высыхание, а колебания температуры или смягчены, или (в телах теплокровных) почти отсутствуют. Основные экологические трудности в жизненном цикле паразитов — их перенос от одного хозяина к другому, поэтому на той стадии, когда они попадают во внешнюю среду, у них развиваются сложные защитные оболочки. Например, яйца аскарид защищены толстыми многослойными покровами. В период смены хозяев основная масса паразитов погибает. Высокая плодовитость, которая

обеспечивается обилием пищи, компенсирует эту гибель. Поэтому говорят, что для паразитов характерен закон большого числа яиц.

Паразиты должны также преодолевать защитные реакции организма хозяина. Поэтому чаще всего они поражают ослабленных особей. Например, жуки-короеды, которые с экологической точки зрения являются паразитами деревьев, заселяют стволы хвойных лишь в том случае, если дерево не в состоянии защищаться от них выделением смолы.

Основные среды жизни. Планктон. Заморы. Паразитизм. Закон большого числа яиц. Освоение разных сред жизни требует различных экологических приспособлений. Виды, населяющие одну и ту же среду, должны реагировать и на общий комплекс условий, и на частные особенности местообитаний. По внешнему строению организмов всегда можно определить, какую среду они населяют и какой образ жизни ведут.

• Примеры и дополнительная информация

1. В водной среде условия жизни ее обитателей сильно различаются в разных частях водоема. В глубине океанов царит вечный мрак. Здесь огромное давление. В глубоких впадинах оно в тысячу раз больше, чем на поверхности Земли. У дна постоянная низкая температура около -2 °С, низкое содержание кислорода. Живут здесь только микроорганизмы и некоторые животные. В верхних слоях морей и океанов вода пронизана светом, аэрирована, температура ее меняется в течение года, в ней обитают водоросли и идет фотосинтез.

2. Пустынные животные обладают удивительными приспособлениями для экономии влаги. Например, у жуков-чернотелок обнаружен замкнутый цикл в использовании воды. Подлежащие выделению продукты обмена веществ поступают из выделительных органов в кишечник в виде растворов, но в задней части кишки вода отсасывается вновь и используется для нового цикла. Дышат насекомые через трахеи, и в сухом воздухе это грозит большой потерей влаги. У жуков-чернотелок надкрылья срослись в прочную непроницаемую для воды «крышу» над телом, полость под которой насыщена водяными парами. Сюда и открываются дыхальца, поэтому иссушение через трахеи жукам не грозит.

3. Разная плотность водной и воздушной среды определяет предельные скорости передвижения животных. Дельфины плавают со скоростью 45 км/ч, а самые быстроходные среди рыб — тунец и мечрыба — 75 и 90 км/ч. В воздухе же сокол-сапсан в пикирующем полете разгоняется до 290 км/ч, а стрижи летают с обычной скоростью 180 км/ч. Рекордсмен в беге по земле — гепард, его скорость достигает 120 км/ч. Для сравнения: человек в воде плывет со средней скоростью 7 км/ч, а в беге достигает скорости 36 км/ч.

4. Заморы — это массовая гибель водных обитателей от удушья, когда по каким-либо причинам сильно снижается аэрация воды. Летние заморы могут быть в прудах, озерах и даже морях из-за нагревания воды, при котором падает растворимость кислорода. Гибнут в первую очередь рыбы, моллюски и планктонные организмы. Летние заморы часто бывают в Азовском и Балтийском морях. Зимние заморы возникают даже в реках из-за ледового покрова, который мешает проникновению кислорода из воздуха в воду. Обширные заморные явления каждую зиму возникают на реке Оби, в которую стекают бедные кислородом болотные воды.

5. Паразиты, использующие хозяина и в качестве местообитания, и в качестве источника пищи, сами могут служить хозяевами для других паразитов. Например, наездник апантелес, поражающий гусениц известного вредителя капусты — капустной белянки, сам, в свою очередь, страдает примерно от 20 видов паразитов. Поскольку апантелесов пытаются разводить для борьбы с гусеницами, деятельность их паразитов сильно снижает эффективность таких мер. Иногда на вторичных паразитах поселяются третичные, а в некоторых случаях доходит и до паразитизма в четвертой стадии. Так, в кишечнике головастиков и лягушек паразитируют ресничные простейшие — опалины, на них поселяются амебы, которые, в свою очередь, поражаются микроскопическими грибками.

• Вопросы.
1. Какие экологические факторы особенно важны в водной и какие — в наземно-воздушной среде жизни?
2. У некоторых водных позвоночных животных, например у акул, скелет состоит не из костей, а из эластичного хряща. Наземных позвоночных с хрящевым скелетом нет, у них скелеты только костные. Как это объяснить с экологической точки зрения?
3. Многие паразиты имеют упрощенное строение тела по сравнению со свободноживущими родственными видами. Например, у свиного и бычьего цепней отсутствует кишечник, очень слабо развиты нервная система и органы чувств. Как вы думаете, почему?
4. Одно из экологических бедствий — кислотные дожди. Они образуются, когда в каплях дождя растворяются промышленные газы, в основном сернистый, в результате чего выпадают практически растворы серной кислоты. Как это может повлиять на жизнь в почве?
5. Что общего в приспособлениях к среде у таких разных наземных» животных, как белый медведь и верблюд?

Читайте также:  Когда человек взрослеет у него портится зрение в детстве даже одуванчики

6. Мелкие планктонные животные имеют очень разнообразные и причудливые формы. Рассмотрите рисунок 16 и решите, что же все-таки общего во внешнем строении этих видов в связи с их образом жизни в воде.

Темы для дискуссий.

1. Влияетли погода на обитателей водоемов?
2. Во многих районах с интенсивным земледелием в почвах исчезли черви из-за постоянного внесения ядохимикатов. Как вы думаете, отразится ли это на почвенном плодородии, если в землю регулярно вносят высокие дозы минеральных удобрений?
3. В научной фантастике рисуют картины построения подводных городов для человека. С решением каких основных проблем столкнутся проектировщики таких городов?
4. В воздухе постоянно находятся поднятые ветром мелкие насекомые, пауки, семена, споры. Почему же на суше нет сидячих животных, которые питались бы, фильтруя через себя воздух?
5. Как лучше называть: «воздушная среда жизни» или «наземно-воздушная среда жизни»? Обоснуйте ответ.

Дата добавления: 2014-11-12 ; просмотров: 1622 . Нарушение авторских прав

Космические горизонты анабиоза

С тех пор как стало ясно, что наша Земля — лишь небольшая частица огромного мироздания, человек лелеял мечту, что и на других небесных телах живут мыслящие существа, с которыми можно установить контакт. И вот уже решена первая задача на этом пути — человек создал аппарат, который помог ему вырваться из цепких объятий земного тяготения. Мы подошли к следующему этапу проникновения в космос. По-видимому, это будут сначала длительные полеты вокруг Земли, затем обследование планет солнечной системы.

На первом этапе освоения космоса самыми трудными были задачи технические: создание двигателей, позволяющих вывести очень большие грузы на орбиту, разработка прочного корпуса корабля, аппаратуры, поддерживающей нормальные условия в кабине, и так далее.

Следующий этап освоения космического пространства полеты к другим планетам — потребует решения не только технических вопросов. Он поставит целый ряд сложнейших биологических проблем.

Для полета космического корабля к Луне — он займет не очень много времени, скажем, несколько дней или недель — нужны небольшие запасы кислорода, пищи и воды. Но при путешествии, например, на Марс и Венеру, не говоря уже о других планетах, запастись всем необходимым с Земли просто невозможно. Элементарные расчеты показывают, что вес запасов на десять—пятнадцать суток достигает веса членов экипажа, а запасы на год превысят вес экипажа примерно в шестьдесят раз. При полетах же к планетам солнечной системы вес запасов выразится буквально астрономическими цифрам.

Следовательно, обеспечить жизнь людей при будущих длительных полетах существующими методами нереально. Необходимо пересмотреть эти вопросы с совершенно других позиций, иначе дальнейшее освоение космоса окажется невозможным.

По мысли К. Э. Циолковского, в кабине космического корабля надо воспроизвести естественные взаимоотношения человека с природой, существующие на Земле. Миниатюрная модель, в которую входят все материальные и энергетические связи человека, должна представлять собой замкнутую систему, работающую за счет энергии солнечного излучения.

Таким образом, в кабине космического корабля должна быть создана замкнутая экологическая система круговорота веществ, сходная с круговоротом веществ на нашей планете. Образно говоря, необходимо «сотворить мир» в небольшом пространстве, где строго дозированы растительные и животные организмы. Это, во-первых, круговорот воды, а во-вторых, круговорот в растительном и животном мире, который дает необходимое количество питательных веществ и кислорода.

Простые на первый взгляд вопросы, связанные с созданием замкнутого комплекса, становятся чрезвычайно сложными, если посмотреть на них пристальнее. Возьмем хотя бы одну сторону проблемы — надежность.

Если механическим элементам замкнутого цикла можно придать большую прочность, или взять с собой необходимое количество запасных частей, или, наконец, изготовить какие-то части и на самом корабле, то как быть, если нарушится какой-либо участок в звене биологической цепи? Это нарушит весь замкнутый цикл. И даже временное нарушение какого-либо цикла (что вообще трудно исключить при длительном полете) несет опасность заболеваний или даже гибели животных и растений. Наконец, самая серьезная опасность кроется в самих биологических процессах: биологические свойства, особенно растительных организмов, могут резко измениться в результате длительной невесомости, вибрации, космического излучения и целого ряда других известных и неизвестных еще нам причин. Насколько велика эта опасность, можно судить хотя бы по тому, что даже в лабораторных условиях при незначительном нарушении технологии выращивания у хлореллы могут измениться свойства и возникнуть новые, например, резко сократится производство кислорода или же полученная биомасса станет малопригодной для питания.

Как же оградить будущих путешественников от этой опасности? Ведь нельзя же взять, как запасные части, растения и животных, входящих в замкнутый экологический цикл круговорота веществ? А почему бы и нет?

В природе известны явления, когда жизненные процессы ослабевают настолько, что животное или растение внешне кажется безжизненным, но при определенных условиях как бы «воскресает». Такое состояние получило название анабиоза (анабиоз — более или менее полное угнетение жизненных процессов, производящее впечатление смерти). Животные или растения, находящиеся в состоянии анабиоза, или спячки, потребляют очень мало кислорода, их не нужно кормить. Важным достоинством животных организмов, находящихся в подобном состоянии, является их повышенная устойчивость к воздействию самых неблагоприятных факторов окружающей среды. Например, инфекционные болезни у них не развиваются, многие яды, смертельные для организма в обычных условиях, здесь оказываются бессильными. Даже физические воздействия — явно смертельные — переносятся животными сравнительно легко, если у них понижен обмен веществ.

Полученные данные показали, что выживаемость охлажденных животных при больших перегрузках резко повышается. Причем оказалось, что устойчивость животных к перегрузкам (ускорениям) зависит от интенсивности обмена веществ. Например, при охлаждении тел крыс до температуры 28-22° они могут вдвое легче выдерживать огромные ускорения — в тридцать раз превышающие земное. А если животные находятся в состоянии сверхглубокой гипотермии с температурой тела 5-8°, их жизнедеятельность восстанавливается даже после пятиминутного воздействия ускорений в 70—80g. В этом случае кровь становится в 5—6 раз тяжелее ртути. Если бы, скажем, эти ускорения (перегрузки) были получены не на центрифуге, а в условиях космического полета, то уже через 5 минут корабль сумел бы развить вторую космическую скорость и стать спутником Солнца. Разве это не реальное приближение к ранее фантастической идее «из пушки на Луну»?

Или другой пример. Удается вернуть к жизни крыс, которые в состоянии глубокой гипотермии двадцать минут находились в условиях высокого разрежения, соответствующего высоте 18—20 км, где все живое гибнет в течение первых же секунд. Следует отметить, что сохранение жизни при столь значительных перегрузках и разрежениях не предел, поэтому необходимо дальнейшее изучение этой проблемы.

А нельзя ли человека погрузить в состояние, близкое к анабиозу, или спячке? Являются ли все эти соображения плодом фантазии или в них есть частица реальной действительности? Прежде чем ставить этот вопрос в научном плане, необходимо кратко остановиться на самой принципиальной возможности охлаждения растительных и животных организмов, способности их тканей переносить низкие температуры и восстанавливать жизнедеятельность. Это интересовало ученых уже давно.

Оказалось, что семена некоторых злаковых растений, пробыв какое-то время в сильно разреженном пространстве при температуре, близкой к абсолютному нулю, после этого прорастали и сохраняли свои биологические свойства.

С начала прошлого века и до настоящего времени большой интерес у ученых вызывает способность бактерий переносить очень низкие температуры. Так, светящиеся бактерии, охлажденные до температуры жидкого водорода (—253°) и даже жидкого гелия (—269°), после оттаивания восстанавливали свою жизнедеятельность и вновь начинали светиться. Сейчас уже научно доказано, что жизнь светящихся бактерий сохраняется и в более жестких условиях, приближающихся к условиям космического пространства. Более того, оказалось, что почти в полном вакууме при температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые наши земные микроорганизмы сохраняются даже лучше, чем в идеальных условиях земных лабораторий. В основном эти данные и породили новую науку — экзобиологию, которая предполагает, что простейшие формы жизни попали когда-то на Землю из бесконечных просторов космического пространства.

Обычный лед наших прудов содержит огромное количество различных животных организмов. В состав его фауны входят представители многих групп пресноводного зоопланктона — около 100 видов: простейшие моллюски, насекомые, паукообразные и т. д. При таянии большая часть этих животных оживает уже через несколько минут. И такой зимний анабиоз биологически оправдан.

В чем же трудность введения высших теплокровных животных и человека в состояние зимней спячки? Главная сложность состоит в том, что при охлаждении теплокровного организма «включаются» сложные механизмы веками сложившейся терморегуляции. Возникает сильная дрожь — главный источник теплопродукции в организме. Затем приходит истощение энергетических ресурсов и наступает замерзание. При этом происходит истощение и травматизация организма. Только в последние десятилетия в связи с развитием фармакологии появились вещества, позволяющие резко снижать жизнедеятельность организма и прекращать дрожь.

Работами французских ученых Лабори и Гюгенара был сделан большой вклад в решение этого вопроса. Они впервые с помощью фармакологических веществ вызвали у человека состояние, аналогичное зимней спячке. В таком состоянии теплокровный организм становится малочувствительным к воздействию вредных и даже разрушающих агентов внешней среды. Этим воспользовались хирурги и в настоящее время, используя гипотермию, проводят сложнейшие операции почти во всех клиниках мира.

Но продолжительность даже самой сложной операции исчисляется часами. А можно ли погрузить человека в такое состояние на несколько суток или недель? В этом плане интересны опыты американских ученых, проводившиеся над больными раком, у которых опухоли не поддаются лечению радиоактивными веществами.

Постановка опыта была крайне простой. Пациенту давались наркоз. Когда он засыпал, его со всех сторон обкладывали резиновыми мешками со льдом — температура тела понижалась до 32,2—29,4°. Человек впадал в состояние окоченения, или «зимней спячки», все процессы обмена веществ значительно снижались. В таком состоянии больной выдерживался пять суток, затем его отогревали, растирали, давали горячий кофе. Пробудившись, он ничего не помнил о том, что с ним происходило, и не испытывал никаких неприятных ощущений.

Через несколько дней опыт повторялся. И так несколько раз. В общей сложности пациент выдерживался в состоянии анабиоза до 40 дней. В результате столь продолжительного охлаждения боли, вызываемые опухолью, уменьшались или совсем исчезали. Становилась меньше и сама опухоль. В двух случаях как указывают авторы, опухоль вовсе исчезла. Однако будет или не будет использован метод глубокого охлаждения в терапевтических целях, покажут дальнейшие исследования. С биологической точки зрения здесь интереснее всего сама возможность погружать человека на 40 суток в нестоящую спячку без вреда для него, возможность понижать температуру его тела до 29—27,7°.

Дальнейшее изучение этого состояния у человека, да и вообще у теплокровных позвоночных представляет огромный интерес. Ведь в будущем состояние анабиоза может оказаться единственным средством спасения жизни экипажа в каких-либо аварийных ситуациях, возможность которых в длительных полетах нельзя не учитывать.

Источники:
  • http://vk.com/topic-388114_10776771
  • http://www.ngpedia.ru/id18936p2.html
  • http://thequestion.ru/questions/77307/vozmozhen-li-anabioz-cheloveka
  • http://www.edufuture.biz/index.php?title=%D0%9E%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%B8_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D0%B2_%D0%BA_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5
  • http://studopedia.info/1-70478.html
  • http://www.poznavayka.org/biologiya/kosmicheskie-gorizontyi-anabioza/