Elusorganismide keskkonnatingimustega kohanemise peamised viisid ja vormid. Fotoperiodism. Kohanemise vormid Anatoomilise morfoloogilise kohanemise näited

Reaktsioonid ebasoodsatele keskkonnateguritele ainult teatud tingimustel on elusorganismidele kahjulikud ja enamasti on neil adaptiivne väärtus. Seetõttu nimetas Selye neid reaktsioone "üldise kohanemise sündroomiks". Hilisemates töödes kasutas ta sünonüümidena mõisteid "stress" ja "üldine kohanemissündroom".

Kohanemine- see on geneetiliselt määratud protsess kaitsesüsteemide moodustamiseks, mis tagavad stabiilsuse ja ontogeneesi voolu suurenemise selle jaoks ebasoodsates tingimustes.

Kohanemine on üks olulisemaid mehhanisme, mis suurendab bioloogilise süsteemi, sealhulgas taimeorganismi stabiilsust muutunud eksistentsitingimustes. Mida paremini on organism mõne teguriga kohanenud, seda vastupidavam on ta selle kõikumistele.

Organismi genotüübilt määratud võimet muuta ainevahetust teatud piirides, olenevalt väliskeskkonna toimest, nimetatakse nn. reaktsioonikiirus. Seda kontrollib genotüüp ja see on iseloomulik kõigile elusorganismidele. Enamik muutusi, mis toimuvad reaktsiooninormi piires, on adaptiivse tähtsusega. Need vastavad elupaiga muutustele ja tagavad taimede parema ellujäämise kõikuvates keskkonnatingimustes. Sellega seoses on sellised modifikatsioonid evolutsiooniliselt olulised. Mõiste "reaktsioonikiirus" võttis kasutusele V.L. Johansen (1909).

Mida suurem on liigi või sordi võime muutuda vastavalt keskkonnale, seda suurem on tema reaktsioonikiirus ja suurem kohanemisvõime. See omadus eristab vastupidavaid põllukultuuride sorte. Reeglina ei too kerged ja lühiajalised muutused keskkonnategurites kaasa olulisi häireid taimede füsioloogilistes funktsioonides. See on tingitud nende võimest säilitada sisekeskkonna suhtelist dünaamilist tasakaalu ja põhiliste füsioloogiliste funktsioonide stabiilsust muutuvas väliskeskkonnas. Samal ajal põhjustavad teravad ja pikaajalised löögid taime paljude funktsioonide häireid ja sageli selle surma.

Kohanemine hõlmab kõiki protsesse ja kohandusi (anatoomilisi, morfoloogilisi, füsioloogilisi, käitumuslikke jne), mis suurendavad stabiilsust ja aitavad kaasa liigi püsimajäämisele.

1.Anatoomilised ja morfoloogilised kohandused. Mõnel kserofüütide esindajal ulatub juurestiku pikkus mitmekümne meetrini, mis võimaldab taimel kasutada põhjavett ja mitte kogeda niiskusepuudust mulla ja atmosfääri põua tingimustes. Teiste kserofüütide puhul vähendavad paksu küünenaha olemasolu, lehtede pubestsents ja lehtede muutumine ogadeks veekadu, mis on niiskuse puudumise tingimustes väga oluline.

Põlevad karvad ja ogad kaitsevad taimi loomade poolt söömise eest.

Puud tundras või kõrgel mäekõrgusel näevad välja nagu kükitavad roomavad põõsad, talvel on need kaetud lumega, mis kaitseb neid tugevate külmade eest.

Suurte ööpäevaste temperatuurikõikumistega mägipiirkondades on taimedel sageli lamedad padjad, millel on tihedalt asetsevad arvukad varred. See võimaldab hoida patjade sees niiskust ja suhteliselt ühtlast temperatuuri kogu päeva jooksul.

Soo- ja veetaimedel moodustub spetsiaalne õhku kandev parenhüüm (aerenhüüm), mis on õhureservuaariks ja hõlbustab vette kastetud taimeosade hingamist.

2. Füsioloogilised ja biokeemilised kohanemised. Sukulentide puhul on kõrbe- ja poolkõrbetingimustes kasvamise kohaks CO 2 assimilatsioon fotosünteesi käigus piki CAM rada. Nendel taimedel on stoomid päeva jooksul suletud. Seega hoiab taim sisemisi veevarusid aurustumise eest. Kõrbetes on vesi peamine taimede kasvu piirav tegur. Stoomid avanevad öösel ja sel ajal siseneb CO 2 fotosünteetilistesse kudedesse. Järgnev CO2 osalemine fotosünteesitsüklis toimub päevasel ajal juba suletud stoomiga.

Füsioloogilised ja biokeemilised kohanemised hõlmavad stoomi avanemis- ja sulgemisvõimet olenevalt välistingimustest. Abstsitsiinhappe, proliini, kaitsvate valkude, fütoaleksiinide, fütontsiidide süntees rakkudes, orgaaniliste ainete oksüdatiivset lagunemist takistavate ensüümide aktiivsuse suurenemine, suhkrute akumuleerumine rakkudes ja mitmed muud ainevahetuse muutused aitavad kaasa taimede vastupidavuse suurenemine ebasoodsate keskkonnatingimuste suhtes.

Sama biokeemilist reaktsiooni võivad läbi viia sama ensüümi mitmed molekulaarsed vormid (isoensüümid), samas kui igal isovormil on katalüütiline aktiivsus mõne keskkonnaparameetri, näiteks temperatuuri, suhteliselt kitsas vahemikus. Mitme isoensüümi olemasolu võimaldab taimel reaktsiooni läbi viia palju laiemas temperatuurivahemikus võrreldes iga üksiku isoensüümiga. See võimaldab taimel edukalt täita elutähtsaid funktsioone muutuvates temperatuuritingimustes.

3. Käitumise kohandused või ebasoodsa teguri vältimine. Näiteks võib tuua efemerid ja efemeroidid (moon, tähtlill, krookused, tulbid, lumikellukesed). Nad läbivad kogu oma arengutsükli kevadel 1,5-2 kuud, isegi enne kuumuse ja põua algust. Seega nad lahkuvad või väldivad stressi tekitaja mõju alla sattumist. Sarnaselt moodustavad põllukultuuride varavalmivad sordid saagi enne ebasoodsate hooajaliste sündmuste ilmnemist: augusti udud, vihmad, külmad. Seetõttu on paljude põllumajanduskultuuride valik suunatud varaküpsete sortide loomisele. Mitmeaastased taimed talvituvad risoomide ja sibulatena mullas lume all, mis kaitseb neid külmumise eest.

Taimede kohanemine ebasoodsate teguritega toimub samaaegselt mitmel reguleerimistasandil - ühest rakust kuni fütotsenoosini. Mida kõrgem on organiseerituse tase (rakuorganism, populatsioon), seda suurem hulk mehhanisme on samaaegselt seotud taimede stressiga kohanemisega.

Rakusiseste metaboolsete ja adaptiivsete protsesside reguleerimine toimub süsteemide abil: metaboolne (ensümaatiline); geneetiline; membraan. Need süsteemid on omavahel tihedalt seotud. Seega sõltuvad membraanide omadused geenide aktiivsusest ning geenide endi erinev aktiivsus on membraanide kontrolli all. Ensüümide süntees ja nende aktiivsus on kontrollitud geneetilisel tasandil, samal ajal reguleerivad ensüümid nukleiinhapete metabolismi rakus.

peal organismi tase rakulistele kohanemismehhanismidele lisanduvad uued, mis peegeldavad elundite vastasmõju. Ebasoodsates tingimustes loovad ja säilitavad taimed nii palju viljaelemente, mis on piisavas koguses varustatud vajalike ainetega täisväärtuslike seemnete moodustamiseks. Näiteks kultiveeritud teravilja õisikutes ja viljapuude võras võib ebasoodsates tingimustes maha kukkuda üle poole munasarjadest. Sellised muutused põhinevad konkurentsisuhetel füsioloogiliselt aktiivsete elundite ja toitainete vahel.

Stressitingimustes kiirenevad järsult alumiste lehtede vananemise ja langemise protsessid. Samal ajal liiguvad taimedele vajalikud ained neilt noortesse organitesse, reageerides organismi ellujäämisstrateegiale. Tänu alumiste lehtede toitainete ümbertöötlemisele jäävad elujõuliseks ka nooremad, ülemised lehed.

On olemas kaotatud elundite taastamise mehhanismid. Näiteks kaetakse haava pind sekundaarse sisekoega (haava periderm), tüvel või oksal olev haav paraneb sissevooludega (kallused). Apikaalse võrse kadumisel ärkavad taimedes uinunud pungad ja külgvõrsed arenevad intensiivselt. Loodusliku elundite uuenemise näide on ka kevadine lehtede taastamine sügisel langenud lehtede asemel. Regeneratsioon kui bioloogiline seade, mis tagab taimede vegetatiivse paljundamise juurelõikude, risoomide, talluse, varre- ja lehepistikute, isoleeritud rakkude, üksikute protoplastide abil, on suure praktilise tähtsusega taimekasvatuses, puuviljakasvatuses, metsanduses, iluaianduses jne.

Taimetasandil osaleb kaitse- ja kohanemisprotsessides ka hormonaalsüsteem. Näiteks taime ebasoodsate tingimuste mõjul suureneb järsult kasvuinhibiitorite sisaldus: etüleeni ja abstsissihappe sisaldus. Need vähendavad ainevahetust, pärsivad kasvuprotsesse, kiirendavad vananemist, elundite langemist ja taime üleminekut puhkeolekusse. Funktsionaalse aktiivsuse pärssimine stressi tingimustes kasvuinhibiitorite mõjul on taimedele iseloomulik reaktsioon. Samal ajal väheneb kudedes kasvustimulaatorite sisaldus: tsütokiniini, auksiini ja giberelliinide sisaldus.

peal rahvastiku tase lisandub valik, mis toob kaasa rohkem kohanenud organismide ilmumise. Valikuvõimaluse määrab populatsioonisisese varieeruvuse olemasolu taimede resistentsuses erinevate keskkonnategurite suhtes. Populatsioonisisese resistentsuse varieeruvuse näiteks võib olla seemikute ebasõbralik ilmumine soolasele pinnasele ja idanemisaja varieerumise suurenemine koos stressiteguri toime suurenemisega.

Liik koosneb tänapäevases vaates suurest hulgast biotüüpidest – väiksematest ökoloogilistest üksustest, mis on geneetiliselt identsed, kuid näitavad erinevat vastupidavust keskkonnateguritele. Erinevates tingimustes ei ole kõik biotüübid võrdselt elutähtsad ning konkurentsi tulemusena jäävad neist alles need, mis antud tingimustele kõige paremini vastavad. See tähendab, et populatsiooni (sordi) vastupidavuse teatud tegurile määrab populatsiooni moodustavate organismide resistentsus. Resistentsetel sortidel on biotüüpide komplekt, mis tagab hea tootlikkuse isegi ebasoodsates tingimustes.

Samas muutub pikaajalise kasvatamise käigus sortidel biotüüpide koosseis ja suhe populatsioonis, mis mõjutab sordi produktiivsust ja kvaliteeti, sageli mitte paremuse poole.

Seega hõlmab kohanemine kõiki protsesse ja kohandusi, mis suurendavad taimede vastupidavust ebasoodsatele keskkonnatingimustele (anatoomilised, morfoloogilised, füsioloogilised, biokeemilised, käitumuslikud, populatsioonid jne).

Kuid kõige tõhusama kohanemisviisi valimiseks on peamine aeg, mille jooksul keha peab kohanema uute tingimustega.

Äkilise teguri äkilise mõjuga ei saa reageerimist viivitada, see peab järgnema kohe, et välistada taime pöördumatu kahju. Väikese jõu pikaajaliste mõjude korral toimuvad adaptiivsed ümberkorraldused järk-järgult, samas kui võimalike strateegiate valik suureneb.

Sellega seoses on kolm peamist kohanemisstrateegiat: evolutsiooniline, ontogeneetiline ja kiireloomuline. Strateegia ülesandeks on olemasolevate ressursside efektiivne kasutamine põhieesmärgi – organismi ellujäämise stressis – saavutamiseks. Kohanemisstrateegia on suunatud elutähtsate makromolekulide struktuurse terviklikkuse ja rakustruktuuride funktsionaalse aktiivsuse säilitamisele, elutähtsate aktiivsuse regulatsioonisüsteemide säilitamisele ja taimede varustamisele energiaga.

Evolutsioonilised või fülogeneetilised kohandused(fülogenees - bioloogilise liigi areng ajas) - need on kohanemised, mis tekivad evolutsiooniprotsessi käigus geneetiliste mutatsioonide, valiku alusel ja on päritud. Need on taimede ellujäämiseks kõige usaldusväärsemad.

Igal evolutsiooniprotsessis oleval taimeliigil on välja kujunenud teatud vajadused eksisteerimistingimuste ja kohanemisvõime järele oma ökoloogilise nišiga, organismi stabiilne kohanemine keskkonnaga. Konkreetsete taimeliikide niiskus- ja varjutaluvus, kuumakindlus, külmakindlus ja muud ökoloogilised omadused kujunesid välja vastavate tingimuste pikaajalise toime tulemusena. Nii on lõunapoolsetele laiuskraadidele iseloomulikud soojalembesed ja lühipäevataimed, põhjalaiuskraadidele vähem soojanõudlikud ja pikapäevataimed. Arvukad kserofüütide taimede evolutsioonilised kohandumised põuaga on hästi teada: vee säästlik kasutamine, sügav juurtesüsteem, lehtede langemine ja üleminek puhkeolekusse ning muud kohandused.

Sellega seoses näitavad põllumajandustaimede sordid resistentsust just nende keskkonnategurite suhtes, mille vastu toimub aretus ja produktiivsete vormide valik. Kui selektsioon toimub mitmes järjestikuses põlvkonnas mõne ebasoodsa teguri pideva mõju taustal, võib sordi vastupidavust sellele oluliselt suurendada. On loomulik, et Kagu-Põllumajanduse Uurimisinstituudi (Saratov) aretatud sordid on põuakindlamad kui Moskva oblasti aretuskeskustes loodud sordid. Samamoodi kujunesid ebasoodsate pinnase- ja kliimatingimustega ökoloogilistes piirkondades resistentsed kohalikud taimesordid ning endeemsed taimeliigid on vastupidavad nende kasvukohas avalduvale stressorile.

Suvinisu sortide resistentsuse iseloomustus Ülevenemaalise Taimetööstuse Instituudi kollektsioonist (Semenov et al., 2005)

Looduskeskkonnas muutuvad keskkonnatingimused tavaliselt väga kiiresti ning aeg, mille jooksul stressifaktor jõuab kahjustava tasemeni, ei ole evolutsiooniliste kohanemiste tekkeks piisav. Nendel juhtudel kasutavad taimed mitte püsivaid, vaid stressoritest põhjustatud kaitsemehhanisme, mille teke on geneetiliselt ettemääratud (determineeritud).

Ontogeneetilised (fenotüübilised) kohandused ei ole seotud geneetiliste mutatsioonidega ega ole päritud. Selliste kohanduste kujunemine nõuab suhteliselt pikka aega, seetõttu nimetatakse neid pikaajalisteks kohanemisteks. Üks sellistest mehhanismidest on paljude taimede võime moodustada vett säästev CAM-tüüpi fotosünteesi rada põua, soolsuse, madalate temperatuuride ja muude stressitegurite põhjustatud veepuuduse tingimustes.

See kohanemine on seotud fosfoenoolpüruvaadi karboksülaasi geeni, mis on normaalsetes tingimustes inaktiivne, ja teiste CO2 omastamise CAM-raja ensüümide geenide ekspressiooni indutseerimisega osmolüütide (proliini) biosünteesiga koos antioksüdandi aktiveerimisega. süsteemid ja muutused kõhuliigutuste igapäevastes rütmides. Kõik see toob kaasa väga säästliku veetarbimise.

Põllukultuuridel, näiteks maisil, tavalistes kasvutingimustes aerenhüüm puudub. Kuid üleujutuse ja juurte kudede hapnikupuuduse tingimustes surevad mõned juure ja tüve primaarse ajukoore rakud (apoptoos või programmeeritud rakusurm). Nende asemele moodustuvad õõnsused, mille kaudu transporditakse hapnik taime õhust osast juurestikusse. Rakusurma signaal on etüleeni süntees.

Kiire kohanemine tekib elutingimuste kiirete ja intensiivsete muutustega. See põhineb põrutuskaitsesüsteemide moodustamisel ja toimimisel. Löögikaitsesüsteemide hulka kuulub näiteks kuumašoki valgusüsteem, mis tekib vastusena kiirele temperatuuri tõusule. Need mehhanismid tagavad lühiajalised ellujäämistingimused kahjustava teguri toimel ja loovad seega eeldused usaldusväärsemate pikaajaliste spetsiaalsete kohanemismehhanismide tekkeks. Spetsiaalsete kohanemismehhanismide näide on külmumisvastaste valkude uus moodustumine madalatel temperatuuridel või suhkrute süntees taliviljade talvitumisel. Samas, kui teguri kahjustav toime ületab keha kaitse- ja reparatiivsed võimed, siis paratamatult saabub surm. Sel juhul sureb organism kiireloomulise või spetsiaalse kohanemise staadiumis, olenevalt äärmusliku teguri toime intensiivsusest ja kestusest.

Eristama spetsiifiline ja mittespetsiifiline (üldine) taimede reaktsioon stressoritele.

Mittespetsiifilised reaktsioonid ei sõltu mõjuva teguri olemusest. Need on samad kõrgete ja madalate temperatuuride, niiskuse puudumise või liigse, kõrge soolade kontsentratsiooni korral pinnases või kahjulike gaaside mõjul õhus. Kõikidel juhtudel suureneb taimerakkudes membraanide läbilaskvus, hingamine on häiritud, ainete hüdrolüütiline lagunemine suureneb, etüleeni ja abstsitsiinhappe süntees ning rakkude jagunemine ja pikenemine on pärsitud.

Tabelis on kujutatud mittespetsiifiliste muutuste kompleksi, mis toimuvad taimedes erinevate keskkonnategurite mõjul.

Muutused füsioloogilistes parameetrites taimedes stressirohkete tingimuste mõjul (vastavalt G. V., Udovenko, 1995)

Tabeli andmete põhjal on näha, et taimede resistentsusega mitmetele teguritele kaasnevad ühesuunalised füsioloogilised muutused. See annab alust arvata, et taimede resistentsuse suurenemisega ühe teguri suhtes võib kaasneda resistentsuse suurenemine mõne teise teguri suhtes. Seda on katsetega kinnitanud.

Venemaa Teaduste Akadeemia Taimefüsioloogia Instituudis tehtud katsed (Vl. V. Kuznetsov jt) on näidanud, et puuvillataimede lühiajalise kuumtöötlemisega kaasneb nende vastupidavuse suurenemine järgnevale sooldumisele. Ja taimede kohanemine soolsusega suurendab nende vastupidavust kõrgetele temperatuuridele. Kuumašokk suurendab taimede kohanemisvõimet järgneva põuaga ja vastupidi, põuaprotsessis suureneb organismi vastupidavus kõrgele temperatuurile. Lühiajaline kokkupuude kõrgete temperatuuridega suurendab vastupidavust raskmetallidele ja UV-B kiirgusele. Eelnev põud soodustab taimede säilimist soolsuse või külma tingimustes.

Organismi vastupanuvõime suurendamise protsessi antud keskkonnateguri suhtes erineva iseloomuga teguriga kohanemise tulemusena nimetatakse nn. ristkohanemine.

Üldiste (mittespetsiifiliste) resistentsuse mehhanismide uurimiseks pakub suurt huvi taimede reaktsioon teguritele, mis põhjustavad taimedes veepuudust: soolsus, põud, madalad ja kõrged temperatuurid ning mõned teised. Kogu organismi tasandil reageerivad kõik taimed veepuudusele ühtemoodi. Iseloomustab võrsete kasvu pärssimine, juurestiku kiirenenud kasv, abstsitsiinhappe süntees ja stomataalse juhtivuse vähenemine. Mõne aja pärast vananevad alumised lehed kiiresti ja täheldatakse nende surma. Kõik need reaktsioonid on suunatud veetarbimise vähendamisele, vähendades aurustumispinda, samuti suurendades juure imamisaktiivsust.

Spetsiifilised reaktsioonid on reaktsioonid mis tahes stressiteguri toimele. Niisiis sünteesitakse fütoaleksiine (antibiootiliste omadustega aineid) taimedes vastusena kokkupuutele patogeenidega (patogeenidega).

Reaktsioonide spetsiifilisus või mittespetsiifilisus eeldab ühelt poolt taime suhtumist erinevatesse stressoritesse ja teiselt poolt erinevate liikide ja sortide taimede iseloomulikke reaktsioone samale stressorile.

Taimede spetsiifiliste ja mittespetsiifiliste reaktsioonide avaldumine sõltub stressi tugevusest ja selle arengu kiirusest. Spetsiifilised reaktsioonid tekivad sagedamini, kui stress areneb aeglaselt ja kehal on aega sellega uuesti üles ehitada ja sellega kohaneda. Mittespetsiifilised reaktsioonid tekivad tavaliselt stressori lühema ja tugevama toimega. Mittespetsiifiliste (üldiste) vastupanumehhanismide toimimine võimaldab taimel vältida suuri energiakulusid spetsiaalsete (spetsiifiliste) kohanemismehhanismide moodustamiseks vastuseks nende elutingimuste mis tahes kõrvalekalletele normist.

Taime vastupidavus stressile sõltub ontogeneesi faasist. Kõige stabiilsemad taimed ja taimeorganid puhkeseisundis: seemnete, sibulate kujul; puitunud püsililled - sügavas puhkeseisundis pärast lehtede langemist. Taimed on kõige tundlikumad noores eas, kuna kasvuprotsessid kahjustuvad eelkõige stressitingimustes. Teine kriitiline periood on sugurakkude moodustumise ja viljastumise periood. Stressi mõju sel perioodil toob kaasa taimede paljunemisfunktsiooni languse ja saagikuse vähenemise.

Kui stressirohked tingimused korduvad ja on madala intensiivsusega, aitavad need kaasa taimede kõvenemisele. See on aluseks meetoditele, mis suurendavad vastupidavust madalatele temperatuuridele, kuumusele, soolsusele ja kahjulike gaaside sisaldusele õhus.

Töökindlus Taimeorganismi seisundi määrab tema võime ära hoida või kõrvaldada tõrkeid bioloogilise organisatsiooni erinevatel tasanditel: molekulaarne, subtsellulaarne, rakuline, koe, organ, organism ja populatsioon.

Et vältida häireid taimede elus ebasoodsate tegurite mõjul, põhimõtted koondamine, funktsionaalselt samaväärsete komponentide heterogeensus, süsteemid kadunud konstruktsioonide parandamiseks.

Struktuuride ja funktsionaalsuse koondamine on üks peamisi viise süsteemide töökindluse tagamiseks. Üleliigsusel ja koondamisel on mitmeid ilminguid. Subtsellulaarsel tasandil aitab geneetilise materjali reserveerimine ja dubleerimine kaasa taimeorganismi töökindluse suurenemisele. Seda tagab näiteks DNA kaksikheeliks, suurendades ploidsust. Taimeorganismi funktsioneerimise usaldusväärsust muutuvates tingimustes toetab ka erinevate RNA signaalmolekulide olemasolu ja heterogeensete polüpeptiidide moodustumine. Nende hulka kuuluvad isoensüümid, mis katalüüsivad sama reaktsiooni, kuid erinevad oma füüsikalis-keemiliste omaduste ja molekulaarstruktuuri stabiilsuse poolest muutuvates keskkonnatingimustes.

Rakutasandil on koondamise näiteks raku organellide liig. Seega on kindlaks tehtud, et osa olemasolevatest kloroplastidest on piisav, et varustada taime fotosünteesiproduktidega. Ülejäänud kloroplastid jäävad justkui reservi. Sama kehtib kogu klorofülli sisalduse kohta. Liiasus väljendub ka paljude ühendite biosünteesiks vajalike lähteainete suures kuhjumises.

Organismi tasandil väljendub koondamise põhimõte suurema hulga võrsete, lillede, okaste moodustamises ja munemises erinevatel aegadel, kui on vajalik põlvkondade vahetumiseks, tohutus koguses õietolmu, munarakke, seemneid.

Populatsiooni tasandil väljendub koondamise põhimõte paljudes isikutes, kes erinevad vastupidavuse poolest teatud stressitegurile.

Remondisüsteemid töötavad ka erinevatel tasanditel – molekulaarsel, rakulisel, organismilisel, populatsioonil ja biotsenootilisel. Reparatiivsed protsessid käivad koos energia ja plastiliste ainete kuluga, seetõttu on parandamine võimalik vaid piisava ainevahetuse kiiruse säilitamisel. Kui ainevahetus seiskub, peatub ka reparatsioon. Väliskeskkonna ekstreemsetes tingimustes on hingamise säilimine eriti oluline, kuna just hingamine annab energiat parandusprotsessideks.

Kohanenud organismide rakkude redutseerimisvõime määrab nende valkude vastupidavus denaturatsioonile, nimelt valgu sekundaarse, tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri määravate sidemete stabiilsus. Näiteks küpsete seemnete vastupidavust kõrgetele temperatuuridele seostatakse tavaliselt sellega, et pärast dehüdratsiooni muutuvad nende valgud denaturatsioonikindlaks.

Peamiseks energiamaterjali allikaks hingamise substraadina on fotosüntees, mistõttu raku energiavarustus ja sellega seotud parandusprotsessid sõltuvad fotosünteesiaparaadi stabiilsusest ja võimest kahjustustest taastuda. Fotosünteesi säilitamiseks ekstreemsetes tingimustes taimedes aktiveeritakse tülakoidmembraani komponentide süntees, inhibeeritakse lipiidide oksüdatsiooni ja taastatakse plastiidi ultrastruktuur.

Organismi tasandil on regenereerimise näiteks asendusvõrsete arendamine, uinuvate pungade äratamine, kui kasvupunktid on kahjustatud.

Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.

Põhimõtteliselt on kohanemissüsteemid ühel või teisel viisil seotud külmaga, mis on üsna loogiline - kui õnnestub sügavas miinuses ellu jääda, pole ülejäänud ohud nii kohutavad. Sama kehtib muide ka ülikõrgete temperatuuride kohta. Kes suudab kohaneda, see suure tõenäosusega kuhugi ei kao.

Arktikajänesed on Põhja-Ameerika suurimad jänesed, kellel on millegipärast suhteliselt lühikesed kõrvad. See on suurepärane näide sellest, mida loom võib karmides tingimustes ellujäämiseks ohverdada – kui pikad kõrvad aitavad kuulda kiskjat, siis lühikesed vähendavad hinnalise soojuse eraldumist, mis on arktilise jänese jaoks palju olulisem.

Alaskast pärit konnad, liik Rana sylvatica, edestasid võib-olla isegi Antarktika kalu. Nad külmuvad talvel sõna otseses mõttes jäässe, oodates seega külma aastaaega, ja ärkavad kevadel uuesti ellu. Selline “krüouni” on nende jaoks võimalik tänu talveune ajal kahekordistuva maksa erilisele struktuurile ja vere keerulisele biokeemiale.

Mõned palvetavad mantiliigid, kes ei saa tervet päeva päikese käes veeta, tulevad soojuse puudumisega toime keemiliste reaktsioonide kaudu oma kehas, koondades soojussähvatused sisemusse lühiajaliseks kuumutamiseks.

Tsüst on bakterite ja paljude ainuraksete organismide ajutine eksistentsivorm, mille puhul keha ümbritseb end tiheda kaitsekestaga, et kaitsta end agressiivse väliskeskkonna eest. See barjäär on väga tõhus – mõnel juhul võib see aidata peremehel paarkümmend aastat ellu jääda.

Nototheniform kalad elavad Antarktika vetes nii külmas, et tavalised kalad külmuvad seal surnuks. Merevesi külmub ainult temperatuuril -2 ° C, mida ei saa öelda täiesti värske vere kohta. Antarktika kalad aga eritavad looduslikku antifriisivalku, mis takistab jääkristallide teket veres – ja jääb ellu.

Megatermia - võime kehamassi kasutades soojust genereerida, jäädes seeläbi ellu külmades tingimustes isegi ilma antifriisita veres. Seda kasutavad mõned merikilpkonnad, jäädes liikuvaks, kui vesi nende ümber peaaegu külmub.

Aasia mägihaned tõusevad Himaalajat ületades kõrgele. Nende lindude kõrgeim lend registreeriti 10 tuhande meetri kõrgusel! Hanedel on täielik kontroll oma kehatemperatuuri üle, nad isegi muudavad oma verekeemiat vastavalt vajadusele, et jääs ja hõredas õhus ellu jääda.

Mudalaskjad ei ole kõige levinum kalaliik, kuigi kuuluvad üsna banaalsete kallaste hulka. Mõõna ajal roomavad nad mööda muda, hankides ise süüa ja ronivad aeg-ajalt puude otsas. Oma eluviisilt on mudalased kahepaiksetele palju lähedasemad ja nendes annavad kala välja vaid lõpustega uimed.

Ebasoodsates ilmastikutingimustes ellujäämiseks on taimedel, loomadel ja lindudel mõned omadused. Neid omadusi nimetatakse "füsioloogilisteks kohanemisteks", mille näiteid võib näha peaaegu kõigil imetajatel, sealhulgas inimestel.

Miks me vajame füsioloogilist kohanemist?

Elutingimused pole mõnes maailma osas täiesti mugavad, kuid eluslooduse esindajaid on mitmesuguseid. Põhjuseid, miks need loomad vaenulikust keskkonnast ei lahkunud, on mitu.

Esiteks võivad kliimatingimused muutuda siis, kui teatud liik teatud piirkonnas juba eksisteeris. Mõned loomad ei ole rändega kohanenud. Samuti on võimalik, et territoriaalsed iseärasused ei võimalda rännet (saared, mäeplatood jne). Teatud liigile jäävad muutunud elutingimused siiski sobivamaks kui mõnes teises kohas. Ja füsioloogiline kohanemine on probleemile parim lahendus.

Mida mõeldakse kohanemise all?

Füsioloogiline kohanemine on organismide kooskõla kindla elupaigaga. Näiteks on selle elanike mugav viibimine kõrbes tingitud nende kohanemisest kõrge temperatuuriga ja juurdepääsu puudumisest veele. Kohanemine on teatud märkide ilmnemine organismides, mis võimaldavad neil keskkonna mis tahes elementidega läbi saada. Need tekivad kehas teatud mutatsioonide käigus. Füsioloogilised kohanemised, mille näited on maailmas hästi tuntud, on näiteks osade loomade (nahkhiired, delfiinid, öökullid) kajalokatsioonivõime. See võime aitab neil liikuda piiratud valgustusega ruumis (pimedas, vees).

Füsioloogiline kohanemine on keha reaktsioonide kogum teatud patogeensetele keskkonnateguritele. See tagab organismidele suurema ellujäämise tõenäosuse ja on üks tugevate ja resistentsete organismide loodusliku valiku meetodeid populatsioonis.

Füsioloogilise kohanemise tüübid

Organismi kohanemisel eristatakse genotüübilist ja fenotüübilist. Genotüübi aluseks on loodusliku valiku tingimused ja mutatsioonid, mis viisid muutusteni terve liigi või populatsiooni organismides. Just seda tüüpi kohanemise käigus tekkisid tänapäevased looma-, linnu- ja inimeseliigid. Kohanemise genotüüpne vorm on pärilik.

Kohanemise fenotüüpne vorm on tingitud individuaalsetest muutustest konkreetses organismis mugavaks viibimiseks teatud kliimatingimustes. See võib areneda ka pideva kokkupuute tõttu agressiivse keskkonnaga. Selle tulemusena omandab keha oma tingimuste suhtes vastupanuvõime.

Keerulised ja ristkohandused

Komplekssed kohanemised ilmnevad teatud kliimatingimustes. Näiteks keha kohanemine madalate temperatuuridega pika põhjapoolsetes piirkondades viibimise ajal. See kohanemisvorm areneb igal inimesel teise kliimavööndisse kolimisel. Sõltuvalt konkreetse organismi omadustest ja selle tervisest toimub see kohanemisvorm erineval viisil.

Ristkohanemine on keha harjumise vorm, mille puhul resistentsuse kujunemine ühe teguri suhtes suurendab vastupanuvõimet selle rühma kõikide tegurite suhtes. Inimese füsioloogiline kohanemine stressiga suurendab tema vastupanuvõimet mõnele muule tegurile, näiteks külmale.

Positiivsete ristkohanemiste põhjal töötati välja meetmete kogum südamelihase tugevdamiseks ja südameinfarkti ennetamiseks. Looduslikes tingimustes on need inimesed, kes on oma elus sagedamini kokku puutunud stressirohke olukordadega, müokardiinfarkti tagajärgedele vähem vastuvõtlikud kui need, kes elasid rahulikku eluviisi.

Adaptiivsete reaktsioonide tüübid

Keha adaptiivseid reaktsioone on kahte tüüpi. Esimest tüüpi nimetatakse "passiivseteks kohanemisteks". Need reaktsioonid toimuvad raku tasandil. Need iseloomustavad organismi vastupanuvõime kujunemist negatiivse keskkonnateguri mõjudele. Näiteks atmosfäärirõhu muutus. Passiivne kohanemine võimaldab säilitada keha normaalset funktsionaalsust väikeste atmosfäärirõhu kõikumiste korral.

Tuntumad füsioloogilised kohanemised passiivset tüüpi loomadel on elusorganismi kaitsereaktsioonid külma mõjule. Hibernatsioon, mille puhul eluprotsessid aeglustuvad, on omane mõnele taime- ja loomaliigile.

Teist tüüpi adaptiivseid reaktsioone nimetatakse aktiivseteks ja see hõlmab keha kaitsemeetmeid patogeensete teguritega kokkupuutel. Sel juhul jääb keha sisekeskkond konstantseks. Seda tüüpi kohanemine on omane kõrgelt arenenud imetajatele ja inimestele.

Näited füsioloogilistest kohanemistest

Inimese füsioloogiline kohanemine avaldub kõigis tema keskkonna ja elustiili suhtes ebastandardsetes olukordades. Aklimatiseerumine on kõige kuulsam kohanemise näide. Erinevate organismide puhul toimub see protsess erineva kiirusega. Mõnel kulub uute tingimustega harjumiseks paar päeva, paljudel aga kuid. Samuti sõltub harjumise määr harjumuspärasest keskkonnast erineva erinevuse määrast.

Agressiivsetes elupaikades on paljudel imetajatel ja lindudel iseloomulikud kehareaktsioonid, mis moodustavad nende füsioloogilise kohanemise. Näiteid (loomadel) võib täheldada peaaegu igas kliimavööndis. Näiteks koguvad kõrbeelanikud nahaaluse rasva varusid, mis oksüdeerub ja moodustab vett. Seda protsessi täheldatakse enne põuaperioodi algust.

Taimedes toimub ka füsioloogiline kohanemine. Aga ta on passiivne. Sellise kohanemise näiteks on puude lehtede mahalangemine külma aastaaja saabudes. Neerude kohad on kaetud soomustega, mis kaitsevad neid madalate temperatuuride ja tuulega kaasneva lume kahjuliku mõju eest. Ainevahetusprotsessid taimedes aeglustuvad.

Koos morfoloogilise kohanemisega tagavad organismi füsioloogilised reaktsioonid talle kõrge ellujäämise taseme ebasoodsates tingimustes ja drastiliste muutuste korral keskkonnas.

Need on keha optimaalsed proportsioonid, karva- või sulekatte asukoht ja tihedus jne. Veeimetaja – delfiini – välimus on hästi teada. Tema liigutused on kerged ja täpsed. Sõltumatu kiirus vees ulatub 40 kilomeetrini tunnis. Vee tihedus on 800 korda suurem kui õhu tihedus. Kere torpeedokujuline kuju väldib veevoogude keeriste tekkimist delfiini ümber.