Общая адаптация к различным температурным условиям обитания основывается на изменении тканевой устойчивости, которая во многом связана с термостабильностью белков и различной термической настройкой ферментных систем. Показано, например, что теплоустойчивость клеток различных видов морских беспозвоночных животных коррелирует с их вертикальным распределением: она выше у обитателей верхней сублиторали и ниже у видов, заселяющих более глубокие и холодные зоны. У арктических по происхождению видов теплоустойчивость на клеточном уровне оказалась более низкой, чем у бореальных (А.В. Жирмунский, 1968, 1969).[ ...]
В основе адаптации микробных ценозов к промышленным загрязнениям лежат разнообразные биологические механизмы, неоднородные в генетическом отношении. Микробы-деструкторы, от биохимических свойств которых зависит окислительная способность биоценоза, могут изменяться либо фенотипически, временно приобретая способность ферментировать те или иные соединения, либо генотипически — с образованием новых форм микробов, у которых наследственно закреплена способность синтезировать новый фермент. Регуляторные механизмы обеспечивают надлежащую координацию метаболической активности отдельных ферментных систем, предупреждают избыточное образование ферментов, промежуточных и конечных продуктов и позволяют бактериям экономно и целесообразно использовать отдельные химические вещества. Эта удивительная гармония клеточного метаболизма — одна из интереснейших проблем ассоциативных отношений микробов.[ ...]
Существует и такая разновидность настройки сетчатки в соответствии с уровнем освещения, которая вообще не связана с движением. Она заключается в том, что фоторецепторы двух видов, содержащие разные фотопигменты с различным уровнем чувствительности, работают попеременно. Здесь мы имеем дело с удвоением сетчатки. Теория двойственности сетчатки стала триумфом изучения зрения на клеточном уровне. Колбочки обеспечивают дневное зрение, а палочки — ночное. Переход функций от палочек к колбочкам, и наоборот, дополняет настройку зрачка, которая сама по себе недостаточна, для того чтобы компенсировать различия (более чем в миллион раз) между дневным и ночным освещением.[ ...]
Т к а н и. Подчеркивая важную роль гемоглобина в адаптации рыб к дефициту кислорода, мы, конечно, должны постоянно иметь в виду, что речь идет только о транспорте кислорода к дышащим тканям для обеспечения нормального хода энергетического обмена. Следовательно, основные события, связанные с использованием кислорода для получения энергии, заключенной в молекулах пищевых веществ, разворачиваются на тканевом, а точнее, на клеточном уровне организации биологических систем различной степени сложности и различного филогенетического возраста. Как известно, существует два основных пути высвобождения этой энергии: эволюционный, более древний и менее экономный путь анаэробного гликолиза (брожение) и эволюционный, более молодой и более эффективный путь — дыхание с использованием кислорода.[ ...]
ШУМ одна из форм физического (волнового) загрязнения, адаптация к которой невозможна сильный шум более 90 дБ приводит к болезням нервно-психического стресса и ухудшению слуха вплоть до полной глухоты (свыше I К) дБ), вызывает резонанс клеточных структур протоплазмы, ведущий к шумовому «опьянению», а затем и разрушению тканей. Шкала силы звука строится на лог арифмах отношений данной величины звука к порогу слышимости.[ ...]
Таким образом, существуют объективные трудности при разграничении факторов и клеточных ответов на специфические и неспеци-Зические. Во многом это объясняется субъективным подходом к определению специфического и общего в поведении клеток, а также абсолютизацией этих понятий. В результате ситуация в вопросе о роли специфических и неспецифических процессов в устойчивости и адаптации растительных объектов остается запутанной, что часто пороадает неконструктивные споры.[ ...]
Приспособление организмов к воздействию факторов окружающей среды называется адаптацией. Способность к адаптации - одно из важнейших свойств живого. Выживают только приспособленные организмы, приобретающие в процессе эволюции признаки, полезные для жизни. Эти признаки закрепляются в поколениях благодаря способности организмов к размножению. Адаптация к факторам среды проявляется на разных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, популяционно-видовом, биоценотическом и глобальном, т.е. на уровне биосферы в целом. Элементы среды обитания, воздействующие на живые организмы, называются экологическими факторами.[ ...]
Организм — любое живое существо. Он отличается от неживой природы определенной совокупностью свойств, присущих только живой материи: клеточная организация; обмен веществ по ведущей роли белков и нуклеиновых кислот, обеспечивающий гомеостаз организма — самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды. Живым организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность, а также приспособляемость к условиям существования — адаптация.[ ...]
Закаливание является важным звеном в системе физического воспитания детей и подростков, обеспечивая тренировку защитных сил организма, повышение его адаптации к воздействий постоянно изменяющихся температурных условий внешней среды. В формировании приспособительных защитных реакций организма к воздействию естественных факторов принимает участие рефлекторный, гуморальный, клеточный механизмы. Различные внешние раздражения (термические, механические, химические) воспринимаются нервными окончаниями в коже, передаются в центральную нервную систему, где формируются сосудодвигательные, трофические ответные реакции, передающиеся по нервным волокйам в соответствующие органы и системы. В результате изменяется кровенаполнение сосудов кожи, внутренних органов. С нейрогуморальными сдвигами связаны изменения трофики тканей, улучшение обменных процессов, иммуногенез. Под влиянием закаливания у детей повышается содержание гемоглобина, улучшаются другие показатели крови.[ ...]
Основные свойства живых систем — структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации и др. (см. § 3.1) — реализуются уже на клеточном уровне. Однако полнота всех естественных проявлений жизни представлена только на двух последних — экосистемных уровнях (или даже только на биосферном), так как ни одна клетка, ни один организм, ни один вид, ни одна экосистема не могут существовать без множества других клеток, организмов, видов, экосистем и создаваемых ими условий существования.[ ...]
Существует два типа приспособления к внешним факторам. Первый заключается в возникновении определенной степени устойчивости к данному фактору, способности сохранять функции при изменении силы его воздействия. Это пассивный путь адаптации — адаптация по принципу толерантности1. Такой тип приспособления формируется как характерное видовое свойство и реализуется преимущественно на клеточно-тканевом уровне.[ ...]
В одних местах термофильные грибы являются не доминирующим, но всегда постоянным компонентом их микофкорр (например,в почвах), в других - в силу процессов термогенеза или в термальных условиях - многие виды их преобладают «Обладая высокой энергией роста, степенью адаптации, активными ферментными системами,они вызывают деградацию различных органических субстратов, нередко нанося значительный экономический урон.Изучение термофильных грибов в теоретическом плане обусловлено также тем, что они являются представителями эукариотических организмов разного уровня организации Возможно, исследования механизмов реакций адаптации, их к повышенной температуре на организменном, клеточном, структурном (в том числе изучение особенностей ядерного аппарата), молекулярном уровнях могут быть ценны для понимания приспособления к повышенной температуре более высокоорганизованных организмов.[ ...]
Все формы активных терморегуляторных приспособлений (как физиологических, так и поведенческих) реализуются лишь в довольно узком диапазоне колебаний температуры тела. Вне пределе» этого диапазона расположена область температур, переносимых в состоянии оцепенения на базе клеточно-тканевых адаптаций типа толерантности, о чем говорилось выше.[ ...]
О до +100 С, поскольку биохимические реакции в клетках протекают в водных растворах. Это, однако, не совсем верно. Главные факторы, определяющие температурные пределы активной жизнедеятельности или сохранения жизнеспособности организмов — температурная устойчивость белков, клеточных мембран и других макромолеку-лярных комплексов клетки, а также сбалансированность биохимических реакций в процессах клеточного метаболизма. Белки — сложные биополимеры, функциональная активность которых зависит от пространственной структуры молекулы, которая поддерживается многими связями — сильными (ковалентными и ионными) и слабыми, в том числе водородными, чувствительными к температуре. При низких температурах эти связи устойчивы, поэтому адаптация к жизни при температурах, близких к нулю, достигается в основном за счет смещения температурного оптимума активности ферментов и согласования его у всего комплекса ферментов и регуляторных механизмов.[ ...]
Суммируя сведения об особенностях теплообмена пойкилотермных организмов, подчеркнем принципиальное значение эктотермности этих форм, в основе которой лежит низкий уровень метаболизма. В силу этого температура тела, скорость физиологических процессов и общая активность пойкилотермов прямо зависят от температуры среды. Термические адаптации смягчают эту зависимость, но не снимают ее. Они реализуются главным образом по отношению к средним режимам теплового состояния среды и осуществляются преимущественно на клеточно-тканевом уровне по принципу «настройки» общей термоустойчивости тканей и температурного оптимума ферментов к этим режимам. Приспособления к конкретным, меняющимся температурам носят частный характер й включают отдельные формы физиологических реакций. В результате в широком диапазоне переносимых температур активная жизнедеятельность пойкилотермных организмов ограничена узкими пределами изменений внешней температуры.[ ...]
Хлорвинил во взятых для опыта концентрациях (5 мг/л;-10 мг/м; 30 мг/л; 40 -мг/л; 80 и 100 мг/л) в первые часы после введения его в разводящую жидкость подавляет развитие сапрофитных бактерий (рис. 1). Прирост числа бактерий в опытных растворах даже при концентрации 5 мг/л хлорвинила не достигает чисЛа бактерий, которое наблюдается в контроле. Наступление максимума прироста бактерий (в период адаптации), а такя е спад их числа (это вызывается истощением питательного вещества в окружающей среде, а также накоплением токсичных веществ, полученных при клеточном обмене) ч присутствии хлорвинила не наблюдается. Периода адаптации сапрофитной микрофлоры к данным условиям обитания не наблюдалось, т. к, сапрофитной микрофлоре приходится восстанавливаться в воде, из которой быстро улетучивается хлорвинил.[ ...]
Основными механизмами приспособления являются механизмы саморегуляции. Они действуют и на уровне клетки, и на уровне органа, системы и организма. В основе этих механизмов лежит следующее: продукты распада стимулируют синтез исходного вещества. Например, распад АТФ увеличивает содержание АДФ, а последняя повышает синтез АТФ, при этом тормозятся другие обменные процессы в клетке. Процесс клеточной саморегуляции не является автономным, он подчиняется регулирующему влиянию нервной, эндокринной и иммунной систем, осуществляющих нервный, гуморальный и клеточный контроль за постоянством внутренней среды организма. Включение различных уровней адаптации во многом зависит от интенсивности возмущающего действия, степени отклонения физиологических параметров (рис.6).[ ...]
Способность растительных организмов адаптироваться к новым условиям существования важна для проявления различных видов устойчивости. Ее анализ показывает, что приспособительный акт может осуществляться на всех уровнях организации живой системы от биоценотического до клеточного. Механизмы адаптации в процессе эволюции биосистем подвергались естественному отбору и потому их количество невелико. Выбор той или иной стратегии приспособления организма или клетки определяется величиной возмущающего воздействия и фактором времени.[ ...]
К исходу суток обилие фитопланктона редко возвращается к начальному, что наблюдалось также в условиях стратифицированного Сиверского озера (Маркевич и др., 1982). Из трех рассматриваемых для водохранилищ случаев в одном отмечен тренд к нарастанию хлорофилла, в другом - к снижению, а в третьем - отсутствию каких-либо изменений. Вероятно каждая ситуация зависит от фазы сезонной сукцессии сообщества. Суточные флуктуации активности фитопланктона связаны с изменениями скоростей фотосинтеза и клеточного деления, питательных потребностей, плавучести, биолюминесценции и т.д. Обилие водорослей в течение суток регулируется ритмикой их размножения (Елизарова, 1982), ритмикой питания зоопланктона (Крючкова, 1989), миграциями подвижных форм и переносом с токами воды “пассивных”. Репродукция фитопланктона происходит в основном в вечерние или ночные часы, а потребление фитофагами - в ночное время (Maulood et al., 1978). Суточный период, соизмеримый со скоростями роста водорослей, рассматривается как некий экологический масштаб, в пределах которого реализуются механизмы физиологической адаптации, позволяющие оптимизировать удельную фотосинтетическую продуктивность (Reynolds, 1990). В ответ на изменения освещенности изменяется содержание пигментов в клетке. В этом проявляется хроматическая адаптация, происходящая в период, соизмеримый с временем генерации (от нескольких часов до нескольких суток), и у новых поколений развиваются новые фото-синтетические возможности.[ ...]
Все основные свойства индивидуального развития — общий ход онтогенеза, последовательность возрастных и морфофизиологических этапов, характер приспособительных реакций развития — являются наследуемыми признаками и воспроизводятся из поколения в поколепие. Характер цветения и особенности его регуляции у растений с разными биотипами развития также имеют твердую наследственную основу, следовательно, эти признаки генетически закодированы в структуре или же в организации молекул ДНК клеточного ядра. Ясно также, что генетический контроль регуляции цветения является особенно сложным, так как он неизбежно должен отражать адаптацию развития разных растительных видов к различным экологическим нишам.[ ...]
Собственно гипотеза Геи и состой? б утверждении, что в планетарном масштабе жизнь активно поддерживает относительно стабильные условия на Земле, комфортные для собственного существования. То есть биота организует глобальные параметры среды, непрерывно подстраивая их «под себя», в процессе собственного эволюционного развития (гомеорез). В результате процесса совместной эволюции биоты и среды родилась, развилась и достигла зрелого возраста Гея. При этом такие глобальные параметры Геи, как химический состав атмосферы, ионный состав морской воды, климат поддерживаются в далеком от термодинамического равновесия состоянии, благоприятном для существования самой жизни. В данной системе живое и неживое настолько неразделимы и нужны друг другу, участвуя в общем глобальном процессе путем круговорота и переноса веществ, обмена информацией, что традиционное представление о среде, как о совокупности внешних факторов, к которым организм вынужден приспосабливаться в процессе адаптации и эволюции, выглядит односторонним и узким взглядом изнутри, с точки зрения популяции, вида, да и то в ограниченных временных рамках, справедливым только в масштабах существования мелких таксонов и частных типов экосистем. С точки зрения теории Геи жизнь — это свойство целостной связанной системы, которая открыта для потоков энергии и вещества и которая обладает способностью поддерживать постоянным свое внутреннее состояние. Геофизиология как синтетическая наука о Земле изучает свойства и развитие целостной системы, тесно связанными компонентами которой являются биота, атмосфера, океаны, земная кора. Предполагается, что саморегуляция таких важных свойств, как климат и химический состав, является эмерджентным свойством процесса развития (эпигенеза) Геи. Геофизиология ориентируется на поиск и изучение механизмов саморегуляции на планетарном уровне путем установления связей циклических само-продуцирующихся, аутопоэтических процессов на клеточно-моле-кулярном уровне с подобными процессами на других связанных уровнях, таких, как организм, экосистемы и планета в целом.[ ...]
Биохимические изменения. Общеизвестно, что изменение температуры оказывает существенное влияние на скорость метаболических реакций и общую интенсивность обмена. Повышение температуры в толерантном диапазоне ведет к усилению интенсивности обмена, а понижение температуры - к его снижению. Между тем основные обменные процессы в организме должны поддерживаться на определенном уровне, который может изменяться лишь в довольно узких пределах, иначе наступают нарушения метаболического гомеостаза, несовместимые с жизнью. Особо следует подчеркнуть, что для нормального течения обменных процессов важны как уровень наступающих изменений температуры, так и их скорость. Резко выраженное и стремительно развивающееся понижение температуры может привести к такому замедлению метаболических процессов, которое уже не в состоянии обеспечить нормальный ход основных процессов жизнедеятельности. Сопоставимое по выраженности и скорости, но противоположное по направленности изменение температуры, т. е. ее повышение, также может привести к такому увеличению интенсивности обменных процессов, которое трудно или невозможно обеспечить кислородом. Все это поставило рыб и других эктотермных животных перед необходимостью выработки различных механизмов контроля интенсивности обменных процессов, обеспечивающих поддержание уровня метаболической активности в относительной независимости от температуры окружающей среды. Ключевую роль при этом играют ферменты — катализаторы бесчисленного множества химических реакций, совокупность которых составляет метаболизм. Поскольку практически все клеточные реакции катализируются ферментами, регуляция метаболизма сводится к регуляции типа и интенсивности ферментативных функций.[ ...]
Как уже много раз подчеркивалось, организмы не являются рабами физических условий среды; они приспосабливаются сами и изменяют условия среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и других физических факторов. Такая компенсация факторов особенно эффективна на уровне сообщества, но возможна и на уровне вида. Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции, называемые экотипами. Их оптимумы и пределы толерантности соответствуют местным условиям. Компенсация в отношении разных участков градиента температуры, света и других факторов может сопровождаться появлением генетических рас (с морфологическими проявлениями или без них) или может быть просто физиологической акклимацией. Удобным методом для проверки того, сопровождается ли появление экотипов генетическим закреплением, служит метод реципрокных пересадок. МакМиллан (1956), например, обнаружил, что злаки, принадлежащие к одному виду и идентичные по всем внешним признакам, при пересадке на экспериментальные участки из разных районов географического ареала по-разному реагировали на свет. В каждом случае они сохраняли приспособленную к исходному району сезонную цикличность (время роста и размножения). В прикладной экологии часто оставляли без внимания возможность генетического закрепления особенностей местных линий, в результате чего интродукция животных и растений часто оканчивалась неудачей, так как вместо приспособленных к местным условиям линий использовались особи из отдаленных областей. Компенсация факторов в местном или сезонном градиенте также может сопровождаться появлением генетических рас, но часто осуществляется за счет физиологической адаптации органов или сдвигов взаимоотношений «фермент—субстрат» на клеточном уровне. Сомеро (1969), например, указывает, что кратковременная температурная компенсация основана на обратной зависимости сродства фермента к субстрату от температуры, а длительная эволюционная адаптация скорее изменяет само это сродство. У животных, особенно у крупных, с хорошо развитой локомоторной способностью, компенсация факторов возможна благодаря адаптивному поведению — они избегают крайностей местного градиента условий.[ ...]