Приспособительные формы и ритмы жизни. Адаптивные биологические ритмы организмов. Примеры и дополнительная информация

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается у живых существ не только непосредственной реакцией на изменяющиеся факторы, но и в наследственно закрепленных внутренних ритмах.

Суточные ритмы. Суточные ритмы приспосабливают организмы к смене дня и ночи. У растений интенсивный рост, распускание цветков приурочены к определенному времени суток. Животные в течение суток сильно меняют активность. По этому признаку различают дневные и ночные виды.

Суточный ритм организмов - это не только отражение смены внешних условий. Если поместить человека, или животных, или растения в постоянную, стабильную обстановку без смены дня и ночи, то сохраняется ритмика процессов жизнедеятельности, близкая к суточной. Организм как бы живет по своим внутренним часам, отсчитывая время.

Суточный ритм может захватывать многие процессы в организме. У человека около 100 физиологических характеристик подчиняются су- точному циклу: частота сокращения сердца, ритм дыхания, выделение гормонов, секрета пищеварительных желез, кровяное давление, температура тела и многие другие. Поэтому, когда человек бодрствует вместо сна, организм все равно настроен на ночное состояние и бессонные ночи плохо отражаются на здоровье.

Однако суточные ритмы проявляются не у всех видов, а только у тех, в жизни которых смена дня и ночи играет важную экологическую роль. Обитатели пещер или глубоких вод, где такой смены нет, живут по другим ритмам.

Да и среди наземных жителей суточная периодичность выявляется не у всех. Например, крохотные землеройки сменяют активность и отдых каждые 15-20 минут, невзирая на день или ночь. Из-за высокой скорости обмена веществ они вынуждены питаться круглосуточно.

В опытах при строго постоянных условиях плодовые мушки-дрозофилы сохраняют суточный ритм в течение десятков поколений. Эта периодичность передается у них по наследству, как и у многих других видов. Так глубоки приспособительные реакции, связанные с суточной цикликой внешней среды.

Нарушения суточной ритмики организма в условиях ночной работы, космических полетов, подводного плавания и т. п. Представляют серьезную медицинскую проблему.

Годовые ритмы. Годовые ритмы приспосабливают организмы к сезонной смене условий. В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс размножение и выращивание молодняка приходится на наиболее благоприятный сезон.

Эта периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная, т. е. проявляется как внутренний годовой ритм. Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна. Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через ряд поколений.

Подготовка к размножению или к перезимовке - длительный процесс, который начинается в организмах задолго до наступления критических периодов. Резкие кратковременные изменения погоды (летние заморозки, зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных. Главный экологический фактор, на который реагируют организмы в своих годовых циклах, не случайные изменения погоды, а фотопериод - изменения в соотношении дня и ночи.

Длина светового дня закономерно изменяется в течение года, и именно эти изменения служат точным сигналом приближения весны, лета, осени или зимы. Способность организмов реагировать на изменение длины дня получила название фотопериодизм.

Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, если удлиняется - к активному росту и размножению. В этом случае для жизни организмов важен не сам фактор изменения длины дня и ночи, а его сигнальное значение, свидетельствующее о предстоящих глубоких изменениях в природе. Как известно, длина дня сильно зависит от географической широты. В северном полушарии на юге летний день значительно короче, чем на севере. Поэтому южные и северные виды по-разному реагируют на одну и ту же величину изменения дня: южные приступают к размножению при более коротком дне, чем северные.

Примеры и дополнительная информация 1. Исследователи пещер - спелеологи подробно изучали свою су- точную ритмику. Они спускались в пещеру на длительный срок (1-3 месяца) без часов и строили свой режим работы, сна, еды и отдыха на основании собственных ощущений времени. Связь с поверхностью была односторонняя, они не получали никакой ин- формации извне. Снаружи их сигналы тщательно записывались и анализировались. Оказалось, что в постоянных условиях чело- век сохраняет регулярную цикличность сна и бодрствования, но период этого цикла не совсем точно равен 24 часам, а может отличаться на несколько минут.

За много суток эта разница суммируется, и через некоторое время спелеологи ложатся спать тогда, когда на поверхности день, а бодрствуют ночью. По окончании эксперимента оказывается, что их отсчет времени на несколько дней не совпадает с реальными датами. Такие же результаты получены в многочисленных опытах с животными. Их внутренний ритм в постоянных условиях оказывается не строго суточным, а околосуточным, при смене же дня и ночи внешняя ритмика как бы поправляет внутреннюю и настраивает ее на 24 часа.

2. Самая сложная ритмика у обитателей морской приливно-отливной зоны. Так, у берегов Атлантического океана вода поднимается и спадает дважды в сутки с периодом 12,4 часа. Следовательно, точное время приливов постепенно сдвигается. На время отлива моллюски плотно сжимают раковины, а рачки прячутся в песок или под мокрые водоросли. На этот ритм их жизни, кроме того, накладывается еще и суточная периодичность. Рачки и крабы во время дневных приливов ведут себя активнее, чем ночью.

3 . В одном из экспериментов белок-летяг держали в клетках при постоянной темноте. Зверьки эти в природе активны ночью, а днем спят. При регулярной смене дня и ночи они дружно просыпаются и засыпают примерно в одно и то же время. В опыте же каждая летяга жила по собственному околосуточному ритму, а он оказался слегка различным у разных особей: у одних отставал от суток на 5-10 минут, у других - на несколько минут опережал сутки.

В результате через некоторый период наступило полное рассогласование общей активности: каждый зверек просыпался и засыпал в свое время. Когда восстановили смену дня и ночи, активность летяг снова упорядочилась.

4 . Виды с широким распространением по-разному реагируют на одну и ту же продолжительность дня в разных частях своего ареала. Критическая длина дня, при которой прекращается рост и развитие личинок у бабочки стрельчатки щавелевой, на широте Сухуми - 14,5 часа, в окрестностях Витебска - 18,06, а под Санкт-Петербургом - 19,5 часа.

Спасибо за внимание!

кафедра экологии

г. Сыктывкар

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет»

Химико-биологический факультет

Кафедра экологии
КОНСПЕКТ УРОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ “Обучение в сотрудничестве”,

“Приспособительные ритмы жизни ” (10 класс)

Выполнила:

Студент 245 гр.

Осташова Е.В.

___________________

Проверила:

Уваровская О.В

___________________
Сыктывкар, 2008 г.

Тема урока “Приспособительные ритмы жизни ”
Цель урока: сформировать у учащихся понятие о суточных и годовых ритмах жизнедеятельности организмов, которые приспосабливают их к циклическим изменениям во внешней среде.

Задачи урока:

Образовательные – изучить определения понятий фотопериод и фотопериодизм; сформировать знания о значении суточных и годовых ритмах в жизни животных и растений.

Развивающие – развитие умения работать с карточками, систематизировать, сравнивать и обобщать полученные знания, выделять главное существенное, рефлексировать, слушать, кроме того, развитие навыков групповой самоорганизации, способности четко формулировать свои мысли
Воспитательные – воспитывать личную ответственность и ответственность перед другими обучающимся, способность работать в команде.
Метод : обучение в малых группах в сотрудничестве

Тип урока и форма его организации – урок изучения нового материала.
Оборудование: карточки, тетради.

План урока:

Организованное начало урока (1 минуты).
Пропедевтика (5 минут).
Подготовка к восприятию новых знаний (2 минуты).
Психологические установки на коллективную работу (5 минут).
Работа каждого ученика над своей частью (6 минут).
Групповая работа – взаимообучение(10 минут).
Опрос, актуализация знаний (8 минут).
Рефлексия (2 минуты).
Организованный конец урока (1 минута).

Список использованной литературы:

1. Пономарева О.Н., Чернова Н.М. Методическое пособие к учебнику под редакцией Н.М. Черновой «Основы экологии. 10 (11) класс.» М.: Дрофа, 2001. С. 51-57.

2. Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Основы экологии. 10 (11) кл. общеобразоват. учреждений М.: Дрофа, 2001. С. 60-65.

Ход урока:

До урока учитель вместе с учениками расставляет столы для работы учащихся в малых группах. На начало урока, учащиеся садятся по своему выбору.

Этапы урока	Содержание урока, речь учителя	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
1.Организованное начало урока (1 мин.)	– Здравствуйте, ребята! – Прошу сесть всех в круг.	Приветствует учащихся. Учитель приглашает детей сесть в круг.	Приветствуют учителя.
2. Пропедевтика (введение в тему)	Ребята, как вы знаете, жизнь на Земле развивалась в условиях регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из- за вращения планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. А какими изменениями среды сопровождается переход от дня к ночи? Правильно! В течении суток изменяется активность у ряда животных. Давайте вспомним кого можно отнести к дневным , кого к сумеречным, а кого к ночным видам? Совершенно верно! Даже у некоторых растений к определенному времени суток приурочены открывание и закрывание цветков.		Примерный ответ: Меняется освещенность; С наступлением темноты понижается температура воздуха, увеличивается его влажность; Часто меняется атмосферное давление. Примерный ответ: Дневные-стрекозы, муравьи, домашние куры; Сумеречные-летучие мыши; Ночные – травяные лягушки, совы, ежи.
3. Подготовка к восприятию новых знаний	– Сегодня на уроке мы узнаем какие периодические изменения происходят во внешней среде и какие существуют приспособления к ним. – А знакомиться с новым материалом мы будем, работая малыми группами по шесть человек. Я называю номер группы, и называю фамилии учащихся каждой группы. Каждая группа садится за отдельный стол. – Открыли тетради, записали число и тему сегодняшнего урока: “Приспособительные ритмы жизни”.	Называет группу и фамилии учеников, входящих в эту группу (группа формируется следующим образом: один человек с продвинутыми возможностями, два – со средними, один – со слабыми или три – со средними и один – со слабыми).	Дети рассаживаются в группы. Дети записывают в тетрадях число и тему урока
4.Психологические установки на коллективную работу	– Итак, ребята, девиз нашего сегодняшнего урока «Один за всех и все за одного». – Каждый из вас сегодня будет выступать то в роли учителя , то в роли ученика. Мы работаем малыми группами, где каждый будет учить каждого, поэтому и группа будет получать одну на всех оценку. – А для этого, каждый член группы должен хорошо знать материал, потому что при подведении итогов, я могу спросить любого ученика из группы и на любой вопрос и по его ответу оценю работу всей группы. Для начала работы каждая команда придумывает себе название. – Для того чтобы наша работа была слаженной и результативной, давайте распределим роли. Роли записаны на доске. 1. Командир отвечает за слаженность в команде. 2. Отв. за общение – за культуру общения. 3. Организатор – за активную деятельность каждого ученика в команде. 4. Редактор – за правильные записи в тетради.	Записывает название команд на доске. Записывает роли на доску.	Придумывают название команды. Озвучивают его. Распределяют роли.
5.Работа каждого ученика над своей частью. 6.Групповая работа – взаимообучение (10 мин.) 7. Опрос, актуализация знаний	- Внимание: сейчас я объясню первое задание. Каждому в группе я даю карточку с информацией, на ее изучение отводится 6 минут. Вам необходимо выделить для себя самую важную информацию, проанализировать её, чтобы суметь в дальнейшем передать ее членам своей команды. Напоминаю: читаем 6 минут. – Время вышло. Теперь ребята, Каждый из вас расскажет в своей группе свою часть, начиная с первой. Не забывайте, что вы все сегодня учителя. Научите так своему материалу каждого члена группы, чтоб он мог его ответить. А остальные внимательно слушайте , чтоб не подвести своих товарищей при опросе учителя и делайте необходимые записи в тетрадях. Распределите время так, чтобы успели заслушать каждого члена команды. Работаем в группах 10 минут. Сейчас мы выясним, насколько ответственно вы подошли к выполнению предыдущих заданий. Я буду задавать вопросы. На вопрос отвечает тот, кто первый поднимет руку. Если у кого-то будут дополнения к ответу его можно дополнить – также нужно поднять руку. За правильные ответы команды получают баллы: 1 балл - если отвечает тот, в чьей карточке была эта информация 2 балла - за ответ человека, который узнал информацию во время работы в группе – во время взаимообучения 0,5 балла (+) – за дополнение, а также за информацию любого докладчика. Сейчас каждый из вас имеет возможность продемонстрировать свои знания, а также умение работать в группе. 1.-Какие физиологические характеристики у человека подчиняются суточному циклу. 2.-Перечислите, вследствие чего возникают нарушения суточной динамики у человека. 3.-У каких животных не выявляется суточная периодичность? 4.-Какие явления характерны для годовых ритмов? 5.-Дайте определение фотопериодизму. 6.-Что такое сигнальный фактор? 7.-Перечислите приспособления животных к неблагоприятным сезонным условиям. 8.-Какие существуют типы линек? Дайте их характеристику. 9.-Назовите причины миграции животных. Молодцы, спасибо за ответы. Победила команда….	Раздает карточки, направляет деятельность учащихся, наблюдает за работой групп. Учитель задает вопросы, записывает баллы на доску. Подсчитывает баллы, оглашает победителя. Оценивает учащихся.	Распределяют карточки между собой. Читают свою часть. Примерный ответ учащихся: Частота сердечных сокращений, ритм дыхания , выделение гормонов, секрета пищеварительных желез, кровяное давление , температура тела и др. Ночная работа, космические полеты, подводное плавание. Обитатели пещер, глубоких вод. Размножение, линька, миграции, зимовка. Фотопериодизм-способность организмов реагировать на изменение длины дня. Это фактор, свидетельствующий о предстоящих глубоких изменениях в природе. Спячка, в период зимней и летней спячки уровень обмена веществ и потребления кислорода снижается. Для насекомых характерна диапауза или длительное приостановление развития.Миграции Постювенальная линька – полная или частичная замена контурных перьев молодых птиц контурными перьями, характерными для взрослой птицы. Предбрачная линька - частичная линька, при которой отдельные перья на голове, туловище и хвосте сменяются ярко-окрашенными. Послебрачная линька чаще затрагивает все оперение. Недостаток корма, поиск более благоприятных мест для размножения
8. Рефлексия	– А теперь давайте подведем итоги того, как удалась работа в группах, умеем ли мы учить друг друга. А для этого, я попрошу ответить мне на следующие вопросы. Отвечает организатор активной деятельности каждой группы. – Как удалось достигнуть высоких результатов? – Отвечает редактор каждой группы. Какие записи были сделаны в тетради и у всех ли были сделаны? – Отвечает отв. за общение. В каких выражениях велось обсуждение? – Отвечает командир каждой группы. Какие трудности испытывали при изучении нового материала?	Учитель организует рефлексию , задавая ребятам наводящие вопросы.	Анализируют свою деятельность, отвечая на вопросы учителя.
9.Организованный конец урока	Дома изучаем §7,стр.53, записи в тетрадях. Урок закончен. Все могут быть свободны.		Записывают домашнее задание.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Карточка №1

Суточные ритмы. Суточные ритмы приспосабливают организмы к смене дня и ночи. У растений интенсивный рост, распускание цветков приурочены к определенному времени суток. Животные в течение суток сильно меняют активность. По этому признаку различают дневные и ночные виды.

Суточный ритм организмов – это не только отражение смены внешних условий. Если поместить человека, или животных, или растения в постоянную стабильную обстановку без смены дня и ночи, то сохраняется ритмика процессов жизнедеятельности, близкая к суточной. Организм как бы живет по своим внутренним часам, отсчитывая время.

Суточный ритм может захватывать многие процессы в организме. У человека около 100 физиологических характеристик подчиняются суточному циклу: частота сокращения сердца, ритм дыхания , выделение гормонов роста, секрета пищеварительных желез, кровяное давление , температура тела и многие другие. Поэтому, когда человек бодрствует вместо сна, организм все равно настроен на ночное состояние и бессонные ночи плохо отражаются на здоровье.

Карточка №2
Годовые ритмы. Годовые ритмы приспосабливают организмы к сезонной смене условий. В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс – размножение и выращивание молодняка – приходится на наиболее благоприятный сезон. Эта периодичность смены физиологического состояния в течении года во многом врожденная, т.е. проявляется как внутренний годовой ритм. Если, например, австралийских страусов и дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна. Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через ряд поколений.

Карточка №3

Фотопериодизм. Резкие кратковременные изменения погоды (летние заморозки, зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных. Главный экологический фактор , на который реагируют организмы в своих годовых циклах, - не случайные изменения погоды, а фотопериод – изменения в соотношении дня и ночи.

Длина светового дня закономерно изменяется в течении года, а именно эти изменения служат точным сигналом приближения весны, лета, осени или зимы.

Способность организмов реагировать на изменение длины дня получила название фотопериодизм .

Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, если удлиняется – к активному росту и размножению. В этом случае для жизни организмов важен не сам фактор изменения длины дня и ночи, а его сигнальное значение, свидетельствующее о предстоящих глубоких изменениях в природе.

Карточка №4

Линька – периодическое обновление покровов: смена перьев, рогового слоя кожи, роговых чешуек на лапах и клюве. Различают несколько типов линек. Постювенальная линька – полная или частичная замена контурных перьев молодых птиц контурными перьями, характерными для взрослой птицы. Предбрачная линька, присущая некоторым видам птиц , - частичная линька, при которой отдельные перья на голове, туловище и хвосте сменяются ярко-окрашенными, что обеспечивает яркость брачного наряда. Послебрачная линька чаще затрагивает все оперение, характерна для всех видов птиц.

У водоплавающих и болотных птиц сбрасывание крупных перьев происходит в короткий срок, и поэтому птицы на некоторое время утрачивают способность к полету (становясь достаточно легкой добычей хищников). Виды, далеко мигрирующие и имеющие короткий период между окончанием размножения и началом миграции, характеризуются короткими сроками линьки и ее полнотой.

Карточка №5

Миграции – закономерные, направленные перемещения животных в пространстве.

С миграциями у птиц связаны физиологические и поведенческие изменения: увеличение веса перелетных птиц к периоду миграций; потребления пищи сверх нормы, необходимой для поддержания обычной жизнедеятельности; отложение в теле большого количества жира; миграционный полет ; утрата инстинкта территориальности и усиление инстинкта стайности.

У рыб различают нерестовые, кормовые, зимовальные, анадромные (из моря к берегам и далее вверх по рекам) и катадромные (в обратном направлении). Среди рыб мигрируют камбала, корюшка, угорь.

Задачи:

Образовательные: дать понятие о приспособительных ритмах жизни и биологических часах, определить причины этих проявлений, первично закрепить знания по данной теме, проверить усвоение нового материала.
Развивающие: расширять кругозор и словарный запас учащихся, развивать умение анализировать и классифицировать явления в жизни растений, животных и человека.
Воспитательные: прививать интерес к предмету, пропагандировать здоровый образ жизни, способствовать гигиеническому воспитанию.

Оборудование: компьютерная презентация, карточки с тестовыми заданиями.

Тип урока: комбинированный.

Методы: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, практический.

Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

Фронтальная беседа:

Какие пути приспособления организмов к среде обитания вы знаете?
Что такое анабиоз и криптобиоз? Чем эти состояния отличаются друг от друга?
Как организмы могут сопротивляться влиянию среды?
Каким образом организмы могут избегать неблагоприятных условий среды?
Что такое конвергенция? Приведите примеры проявления конвергенции.

III. Изучение новой темы

Рассказ учителя с элементами беседы с использованием компьютерной презентации (Приложение 1 ) .

Жизнь на Земле развивалась в условиях регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из-за вращения планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. Ритмика внешней среды создает периодичность, то есть повторяемость условий в жизни большинства видов. Регулярно повторяются как критические, трудные для выживания периоды, так и благоприятные. Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается у живых существ не только непосредственной реакцией на изменяющиеся факторы, но и в наследственно закрепленных внутренних ритмах.

Ритмичность – основное свойство живой природы. Периодически повторяющиеся изменения активности присущи всем живым организмам. Они носят название «биологические ритмы».

Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения активности процессов жизнедеятельности организмов.

Различают суточные и годовые ритмы активности живых организмов. А для обитателей побережий морей и океанов, где наблюдаются такие явления как прилив и отлив, характерны приливно-отливные ритмы. Исключение составляют бактерии и вирусы, наличие ритмов у которых пока не доказано.

Суточные ритмы – ритмы, которые приспосабливают организмы к смене дня и ночи.

Причиной суточных ритмов является вращение Земли вокруг своей оси.

Суточные ритмы обнаружены как у многоклеточных, так и у одноклеточных организмов. У растений интенсивный рост, распускание цветков, закрывание и открывание устьиц приурочены к определенному времени суток. Наблюдаются ритмы и в протекании процессов дыхания и фотосинтеза, что проявляется в их усилении или ослаблении.
У животных сильно меняется активность в течение суток. По этому признаку различают дневных и ночных животных. Проявляются суточные ритмы в чередовании сна и бодрствования, изменении двигательной активности, частоты пульса, температуры тела.
У человека обнаружено около 100 периодически повторяющихся процессов. Например, в течение суток максимальная масса тела отмечается в 18–19 часов, температура тела – в 16 – 18 часов, частота дыхания – в 13 – 16 часов, частота сердечных сокращений – в 15 – 16 часов, даже кожа более чувствительна к косметическим процедурам в светлое время суток.

Вопрос: Как вы думаете, у всех ли организмов проявляются суточные ритмы?

Примерный ответ: Суточные ритмы проявляются не у всех видов, а только у тех, в жизни которых смена дня и ночи играет важную экологическую роль. Обитатели пещер и глубоких вод, где нет смены дня и ночи, живут по другим ритмам.
Среди наземных позвоночных и беспозвоночных суточная периодичность также выявляется не у всех. Например, землеройки сменяют активность и отдых каждые
15–20 минут, невзирая на день и ночь. У этих животных обмен веществ протекает очень быстро, поэтому они вынуждены питаться круглосуточно.

Периодичность передается по наследству. Нарушения суточной ритмики организма в условиях ночной работы, подводного плавания, космических полетов другие представляют серьезную медицинскую проблему.

Годовые ритмы – это ритмы, которые приспосабливают организмы к сезонной смене условий.

Причина: движение Земли вокруг Солнца.

При годовом движении Земли по орбите вокруг Солнца на нашей планете происходит смена времен года: зимы, весны, лета и осени.
В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс – размножение и выращивание молодняка – приходится на самый благоприятный период. На этот же период приходится цветение растений, созревание плодов и семян (вегетационный период).
Эта периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная, то есть проявляется как внутренний годовой ритм.
Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна.
Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через целый ряд поколений.
Задолго до наступления неблагоприятных периодов у организмов начинается длительный процесс подготовки. У организмов много приспособлений к сезонному ритму внешних условий. Задолго до наступления зимы у растений опадают листья, созревают плоды и семена. Одни животные становятся малоподвижными и впадают в оцепенение, другие готовятся к активной жизни в суровые холода, третьи уходят от неблагоприятных условий.
Резкие кратковременные изменения погоды (заморозки летом или зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных.
Таким образом, главным фактором, на который реагируют организмы в годовых циклах, является не случайное изменение погоды, а изменение долготы дня. Это единственный астрономический сигнал наступления нового сезона.

Фотопериод – соотношение светлого и темного времени суток.

Длина светового дня закономерно изменяется в течение года. Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, а если удлиняется – к активному росту и размножению.

Фотопериодизм – способность организмов реагировать на изменение длины светового дня.

Длина дня оказывает влияние на скорость и интенсивность процессов жизнедеятельности. Например, хризантема зацветает лишь осенью, когда длина дня уменьшается от 12 до 6 часов. У бабочек при уменьшении длины дня замедляется развитие яиц и личинок.
У людей помимо гормональных были обнаружены изменения в обмене веществ, температурной регуляции, кровообращении, кроветворении.
Внешними воздействующими факторами являются для человека продолжительность и интенсивность освещения, фотохимические раздражители изменяющегося ультрафиолетового излучения и температурные колебания.
Так, например, весной люди наиболее восприимчивы к заболеваниям, возникают душевные кризисы, которые выражаются в учащении самоубийств, преступлений и душевных расстройств. Статистика показывает, что весной возникает стремление к более активной физической деятельности (психосоматический рост), в то время как способность к обучению, внимательность и тщательность ухудшаются.
Кризис возникает и осенью, правда, менее выраженный: человек становится более уравновешенным, ограничивается своим домашним "гнездышком", в большой степени становится, склонен к духовной, нежели к физической активности.
Ученые считают, что растения определяют изменение длины светового дня при помощи листьев, а животные и человек – при помощи особого отдела головного мозга.
Человек может использовать знания о биологических ритмах в практической деятельности. Например, при выращивании овощей и фруктов, для повышения яйценоскости кур, благодаря искусственному увеличению длины дня, можно достичь больших результатов.

Приливно-отливные ритмы – ритмы, которые характерны для обитателей прибрежной зоны морей и океанов.

Это самая сложная ритмика в жизни живых организмов. Так у берегов Атлантического океана вода поднимается и спадает дважды в сутки с периодом 12,4 часа (это ровно половина лунного периода). Следовательно, точное время приливов постоянно сдвигается.
Жизнь в приливно-отливной зоне представлена большим многообразием видов. На время отливов моллюски плотно сжимают раковины, рачки прячутся в песок или под мокрые водоросли. Сложность, в данном случае, заключается еще и в том, что на жизнь этих организмов влияет также и суточная периодичность. Рачки и крабы во время дневных приливов ведут себя активнее, чем во время ночных приливов.
Рыба грунион , обитающая у калифорнийского побережья, откладывает свою икру на песчаном пляже во время новолунных или полнолунных приливов, которая развивается там в течение 14 дней до следующего прилива и затем снова попадает в воду.

Таким образом, биологические ритмы приспосабливают организмы к циклическим изменениям во внешней среде.
За точность работы биологические ритмы называют биологическими часами.

Биологические часы – способность живых организмов ориентироваться во времени.

Как бы придерживаясь внутреннего расписания, каждая птица в строго определенное время просыпается и начинает петь(соловей – в 2 часа ночи, жаворонки, кукушки, иволги – в 3 часа, скворцы и трясогузки – в 4 часа, воробьи – в 6часов), цветки разных растений также распускаются в определенное время (в 4 часа – цикорий, 5 часов – мак, 6 часов – одуванчик, 7 часов – колокольчики, 8 часов – ноготки и бархатцы и т.д.). Эту особенность в свое время заметил Карл Линней . Именно ему принадлежит идея создания цветочных часов.
Изучая биологические ритмы, следует упомянуть о работах Л.А.Чижевского , который показал, что внутренний механизм отсчета времени постоянно корректируется сигналами из Космоса. Л.А.Чижевский доказал влияние солнечной активности на частоту заболеваний и физиологическое состояние человека. Примерно через каждые 11 лет происходят «солнечные бури». Их появление вызывает значительные сдвиги множества процессов на нашей планете. Изменения деятельности Солнца влияют на частоту рождаемости, распространение эпидемий, физическое и психическое самочувствие человека, на продуктивность его деятельности. Индивидуальные биоритмы людей накладывают отпечаток на жизнь общества в целом. Неудивительно поэтому, что Чижевский связывал и социальные потрясения с космическими ритмами и циклами.
Изучению биоритмов человека уделяется большое внимание. Установлено, что разные люди отличаются разной периодичностью своей работоспособности в течение суток.

Хронобиология – наука, изучающая вопросы, связанные с регуляцией ритмов человека внешними условиями.

Большинство людей в течение суток имеют два пика работоспособности – первый с 8 до 12, второй – с 17 до 19 часов. Наиболее слабым человек оказывается с 2 до 5 часов, с 13 до 15 часов. Но есть и исключения.
Всех людей можно разделить на две категории: «совы» и «жаворонки».
«Совы» – категория людей, у которых время наибольшей творческой продуктивности приходится на ночные или вечерние часы.
«Жаворонки» – категория людей, которые чувствуют себя работоспособными и бодрыми в первой половине дня. Они рано просыпаются и рано ложатся спать.
Как показали исследования, «сов» и «жаворонков» примерно одинаковое количество – по 25 %. А 50 % людей не имеют четко выраженных пиков работоспособности в утреннее и вечернее время.
Попробуйте определить, к какой категории относитесь вы.

Нарушение установившихся ритмов может снижать работоспособность, оказывать неблагоприятные воздействия на человека. При передвижении в другие часовые пояса, нарушаются регуляции процессов жизнедеятельности, и необходимо от 2 дней до 2 недель, чтобы произошла синхронизация внутренних часов организма с местным временем. А кто из вас ощущает на себе переход на летнее и зимнее время, когда осенью и весной мы переводим часы?
Это еще раз подтверждает существование биологических ритмов у человека.

IV. Закрепление

Тестовое задание. Назовите типы биологических ритмов (приливно-отливные, суточные, годовые), которые определяют следующие явления:

Перелеты птиц с мест гнездования в южные районы;
Спячка бурых медведей;
Утреннее раскрывание цветков;
Линька соболя;
Открывание и запирание раковин устриц, обитающих в прибрежной зоне;
Весеннее пробуждение растений:
Сон и бодрствование у человека;
Наибольшая восприимчивость кожи к косметическому уходу;
Авитаминозы у человека;
Осенний листопад;
Ночная активность ежей;
Постройка гнезда птицами;
Зарывание рачков прибрежной зоны в мокрый песок;
Ритм дыхания у человека;
Набухание почек у растений;
Появление первоцветов;
Образование плодов и семян у растений;
Оцепенение мух;
Активизация сокодвижения у березы в апреле;
Смена поколений у насекомых (яйцо – личинка – куколка – взрослое насекомое)

V. Итоги урока (подводят учащиеся).

VI. Домашнее задание: п. 7, задание № 3 с. 58 (письменно), проработать темы для дискуссий (с. 58).

Одно из фундаментальных свойств живой природы - цикличность большинства происходящих в ней процессов. Вся жизнь на Земле, от клетки до биосферы, подчинена определенным ритмам. Природные ритмы для любого организма можно разделить на внутренние (связанные с его собственной жизнедеятельностью) и внешние (циклические изменения в окружающей среде).

Внутренние циклы. Внутренние циклы - это прежде всего физиологические ритмы организма. Ни один физиологический процесс не осуществляется непрерывно. Ритмичность обнаружена в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, в сборке белков, в работе ферментов, деятельности митохондрий. Определенному ритму подчиняются деление клеток, сокращение мышц, работа желез внутренней секреции, биение сердца, дыхание, возбудимость нервной системы, т. е. работа всех клеток, органов и тканей организма. При этом каждая система имеет свой собственный период. Изменить этот период действием факторов внешней среды можно лишь в узких пределах, а для некоторых процессов совсем нельзя. Такую ритмику называют эндогенной.

Все внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему и в конечном итоге выступают как общая периодичность поведения организма. Ритмически осуществляя свои

физиологические функции, организм как бы отсчитывает время. И для внешних, и для внутренних ритмов наступление очередной фазы зависит прежде всего от времени. Поэтому время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним циклическим изменениям природы.

Внешние ритмы. Основные внешние ритмы имеют геофизическую природу, так как связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли. Под влиянием этого вращения множество экологических факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле, океанические приливы и отливы и др., закономерно изменяются. Кроме того, на живую природу воздействуют и такие космические ритмы, как периодические изменения солнечной активности. Для Солнца характерен 11-летний и целый ряд других циклов. Изменения солнечной радиации существенно влияют на климат нашей планеты. Кроме циклического воздействия абиотических факторов, внешними ритмами для любого организма являются также закономерные изменения активности и поведения других живых существ.

Целый ряд изменений в жизнедеятельности организмов совпадает по периоду с внешними, геофизическими циклами. Это так называемые адаптивные биологические ритмы - суточные, приливно-отливные, равные лунному месяцу, годичные. Благодаря им самые важные биологические функции организма, такие, как питание, рост, размножение, совпадают с наиболее благоприятным для этого временем суток или года.

Адаптивные биологические ритмы возникли как приспособление физиологии живых существ к регулярным экологическим изменениям во внешней среде. Этим они отличаются от чисто физиологических ритмов, которые поддерживают непрерывную жизнедеятельность организмов, дыхания, кровообращения, деления клеток и т. д.

Суточный ритм обнаружен у разнообразных организмов, от одноклеточных до человека. У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью: сон и бодрствование, изменение температуры тела, ритма сердечных сокращений, глубины и частоты дыхания, объема и химического состава мочи, потоотделения, мышечной и умственной работоспособности и т. п. У амеб в течение суток изменяются темпы деления. У некоторых растений к определенному времени приурочены открывание и закрывание цветков, поднятие и опускание листьев, максимальная интенсивность дыхания, скорость роста колеоптиля и т. д.

По смене периодов сна и бодрствования животных делят на дневных и ночных. Ярко выражена дневная активность, например, у домашних кур, большинства воробьиных птиц, сусликов, муравьев, стрекоз. Типично ночные животные - ежи, летучие мыши, совы, кабаны, большинство кошачьих, травяные лягушки, тараканы и многие другие. Некоторые виды имеют приблизительно одинаковую активность как днем, так и ночью, с чередованием коротких периодов бодрствования и покоя. Такой ритм называют полифазным (многие землеройки, ряд хищных и др.).

У ряда животных суточные изменения затрагивают преимущественно двигательную активность и не сопровождаются существенными отклонениями физиологических функций (например, у грызунов). Наиболее яркие примеры физиологических сдвигов в течение суток дают летучие мыши. Летом в период дневного покоя многие из них ведут себя как пойкилотермные животные. Температура их тела в это время почти равна температуре среды; пульс, дыхание, возбудимость органов чувств резко понижены. Чтобы взлететь, потревоженная мышь долго разогревается за счет химической теплопродукции. Вечером и ночью - это типичные го-мойотермные млекопитающие с высокой температурой тела, активными и точными движениями, быстрой реакцией на добычу и врагов.

У одних видов периоды активности строго приурочены к определенному времени суток, у других могут сдвигаться в зависимости от обстановки. Так, открывание цветков шафрана зависит от температуры, соцветий одуванчика - от освещенности: в пасмурный день корзинки не раскрываются. Активность пустынных мокриц или жуков-чернотелок сдвигается на разное время суток в зависимости от температуры и влажности но поверхности почвы. Они выходят из норок либо рано утром и вечером (двухфазный цикл), либо только ночью (однофазный), либо в течение всего дня.

Отличить эндогенные суточные ритмы от экзогенных, т. е. навязываемых внешней средой, можно в эксперименте. У многих видов при полном постоянстве внешних условий (температуры, освещенности, влажности и т. п.) продолжают длительное время сохраняться циклы, близкие по периоду к суточному. У дрозофил, например, такой эндогенный ритм прослеживается в течение десятков поколений. Таким образом, суточная цикличность жизнедеятельности переходит во врожденные, генетические свойства вида. Такие эндогенные ритмы получили название циркадных (от лат. circa - около и dies - день, сутки), так как длительность их неодинакова у разных особей одного вида, слегка отличаясь от-среднего, 24-часового периода.

Летяги, для которых характерна сумеречная активность, просыпаются вечером синхронно, в строго определенный час. В эксперименте, находясь в полной темноте, они сохраняют околосуточный ритм. Однако одни особи начинают свой «день» на несколько минут раньше; другие - на несколько минут.позже обычного суточного цикла. Если, например, циркадный ритм короче суточного на 15 мин, то для такого зверька через три дня расхождение во времени с внешним ритмом составит 45 мин, через 10 дней - уже 2,5 ч и т. д. Поэтому все летяги через несколько суток просыпаются и начинают двигаться в совершенно разное время, хотя каждая сохраняет постоянство своего цикла. При восстановлении смены дня и ночи сон и бодрствование зверьков вновь синхронизируются. Таким образом, внешний суточный цикл регулирует продолжительность врожденных циркадных ритмов, согласуя их с изменением среды.

У человека циркадные ритмы изучались в различных ситуациях: в пещерах, герметических камерах, подводных плаваниях и т. п. Обнаружилось, что в отклонениях от суточного цикла у человека большую роль играют типологические особенности нервной системы. Циркадные ритмы могут быть различны даже у членов одной и той же семьи.

Известный стереотип поведения, обусловленный циркадным ритмом, облегчает существование организмов при суточных изменениях среды. Однако при расселении животных и растений и попадании их в географические условия с иной ритмикой дня и ночи слишком прочный стереотип может стать неблагоприятным. Поэтому расселительные возможности ряда видов ограничены глубоким закреплением их циркадных ритмов. Так, например, серые крысы отличаются от черных значительно большей пластичностью суточного цикла. У черных крыс он почти не поддается перестройке, и вид имеет ограниченный ареал, тогда как серые крысы распространились практически по всему миру.

У большинства видов перестройка циркадного ритма возможна. Обычно она происходит не сразу, а захватывает несколько циклов и сопровождается рядом нарушений в физиологическом состоянии организма. Например, у людей, совершающих перелети на значительные расстояния в широтном направлении, наступает десинхронизация их физиологического ритма с местным астрономическим временем. Организм сначала продолжает функционировать по-старому, а затем начинает перестраиваться. При этом чувствуется повышенная усталость, недомогание, желание спать днем и бодрствовать ночью. Адаптивный период продолжается от нескольких дней до двух недель.

Десинхронизация ритмов представляет важную медицинскую проблему в организации ночной и сменной работы лиц ряда профессий, в космических полетах, подводных плаваниях, работах под землей и т. п.

Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувствовать время. Эту способность живых существ называют «биологическими часами».

Ряду высокоорганизованных животных присуща сложная врожденная способность использовать ориентацию во времени для ориентации в пространстве. Птицы при длительных перелетах также постоянно корректируют направление по отношению к Солнцу или поляризованному свету неба, учитывая время суток. «Биологические часы» живых организмов ориентируют их не только в суточном’ цикле, но и в более сложных геофизических циклах изменений природы.

Приливно-отливные ритмы. Виды, обитающие на литорали, живут в условиях очень сложной периодичности внешней среды. На 24-часовой цикл колебания освещения и других факторов накладывается еще чередование приливов и отливов. В течение лунных суток (24 ч 50 мин) наблюдаются 2 прилива и 2 отлива, фазы которых смещаются ежедневно примерно на 50 мин. Сила приливов, кроме того, закономерно меняется в течение синодического, или лунного, месяца (29,5 солнечных суток). Дважды в месяц (новолуние и полнолуние) они достигают максимальной величины (так называемые сизигийные приливы).

Этой сложной ритмике подчинена жизнь организмов, обитающих в прибрежной зоне. Устрицы во время отлива плотно сжимают створки и прекращают питание. Периодичность открывания и закрывания раковины сохраняется у них длительное время и в аквариумах. Она постепенно изменяется, если переместить аквариум в другой географический район, и в конце концов устанавливается в соответствии с новым расписанием приливов и отливов, хотя моллюски непосредственно не испытывают их действия. Опыты позволяют предполагать, что перестройка вызывается восприятием устрицами тех изменений состояния атмосферы, которые сопутствуют приливно-отливным явлениям.

Рыбка атерина, обитающая у берегов Калифорнии, использует в своем жизненном цикле высоту сизигийных приливов. В самый высокий прилив самки откладывают икру у кромки воды, закапывая ее в песчаный грунт. С отступлением воды икра остается

созревать во влажном песке. Выход мальков происходит через полмесяца и приурочен к следующему высокому приливу.

Периодичность, равная лунному месяцу, в качестве эндогенного ритма выявлена у ряда морских и наземных организмов. Она проявляется в приуроченности к определенным фазам Луны не-рестования многощетинковых червей палоло, размножения японских морских лилий, роения ряда комаров-хирономид и поденок. У ряда животных выявлена периодичность, равная лунному месяцу, в реакции на свет, на слабые магнитные поля, в скорости ориентации. У человека предполагается первоначальная связь менструальных циклов с синодическим месяцем, отмечены изменения склонности к кровотечениям у оперированных больных и т. п. Приспособительное значение большинства эндогенных лунных ритмов пока неизвестно.

Годичные ритмы - одни из наиболее универсальных в живой природе. Закономерные изменения физических условий в течение года вызвали в эволюции видов множество самых разнообразных адаптации к этой периодичности. Наиболее важные из них связаны с размножением, ростом, миграциями и переживанием неблагоприятных периодов года. У видов с коротким жизненным циклом годовой ритм закономерно проявляется в ряду поколений (например, цикломорфоз у дафний и коловраток).

Сезонные изменения представляют собой глубокие сдвиги в физиологии и поведении организмов, затрагивающие их морфологию и особенности жизненного цикла. Приспособительный характер этих изменений очевиден: благодаря им такой ответственный момент в жизни вида, как появление потомства, оказывается приуроченным к наиболее благоприятному времени года, а переживание критических периодов происходит в наиболее устойчивом состоянии.

Чем резче сезонные изменения внешней среды, тем сильнее выражена годовая периодичность жизнедеятельности организмов. Осенний листопад, различные диапаузы, спячка, запасание жиров, сезонные линьки, миграции и т. п. развиты преимущественно в странах умеренного и холодного климатов, тогда как у обитателей тропиков сезонная периодичность в жизненных циклах выражена менее резко.

Годичные ритмы у многих видов эндогенны. Такие ритмы называются цирканными (лат. annus - год). Особенно это относится к циклам размножения. Так, животные южного полушария, содержащиеся в зоопарках северного, размножаются чаще всего зимой или осенью, в сроки, соответствующие весне и лету на их родине. Австралийские страусы в заповеднике Аскания-Нова откладывали яйца зимой прямо на снег. Собака динго приносит щенков в декабре, когда в Австралии конец весны. С устойчивостью сроков размножения в годовом цикле приходится считаться при интродукции и акклиматизации видов.

Сильные оттепели зимой, заморозки летом обычно не нарушают сезонных изменений у растений и животных. Вместе с тем далеко не всегда точность протекания годового цикла имеет эндогенную природу. Например, семена ряда растений прорастают в строго определенное время года даже после экспериментально вызванного состояния полного анабиоза, который должен нарушить «отсчет времени» в организме. Следовательно, прорастание стимулируют какие-то изменения среды, связанные с геофизическими циклами.

В настоящее время интенсивно изучается реакция организмов на слабые геоэлектромагнитные поля, а также атмосферные приливы и отливы, которые закономерно меняются в циклах вращения Земли.’Показано, что интенсивность ряда биологических процессов коррелирует с колебаниями этих тонких показателей состояния атмосферы в течение года, как, например, двигательная активность насекомых, скорость потребления кислорода клубнями картофеля и др.

Таким образом, наступление очередного этапы годичного цикла у живых организмов происходит частично в результате эндогенной ритмики, а частично вызывается колебаниями внешних факторов среды. Примечательно то, что годовая периодичность зависит не от непосредственно действующих на организм мощных экологических факторов (температуры, влажности и др.), которые подвержены сильной погодной изменчивости, а от второстепенных для жизнедеятельности свойств среды, которые, однако, очень закономерно изменяются в течение года. Приспособительный смысл этого явления в том, что кратковременные перемены погодных условий, их возможные значительные отклонения от нормы не меняют биологического ритма организмов, который остается синхронизованным с общим ходом изменений в природе в течение года.

Одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды является длина светового дня, ритм чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор служит большинству живых организмов для ориентации во времени года.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

3 слайд

Описание слайда:

4 слайд

Описание слайда:

5 слайд

Описание слайда:

6 слайд

Описание слайда:

7 слайд

Описание слайда:

8 слайд

Описание слайда:

9 слайд

Описание слайда:

10 слайд

Описание слайда:

11 слайд

Описание слайда:

12 слайд

Описание слайда:

13 слайд

Описание слайда:

14 слайд

Описание слайда:

15 слайд

Описание слайда:

16 слайд

Описание слайда:

Примеры и дополнительная информация 1.Исследователи пещер - спелеологи подробно изучали свою су- точную ритмику. Они спускались в пещеру на длительный срок (1-3 месяца) без часов и строили свой режим работы, сна, еды и отдыха на основании собственных ощущений времени. Связь с поверхностью была односторонняя, они не получали никакой ин- формации извне. Снаружи их сигналы тщательно записывались и анализировались. Оказалось, что в постоянных условиях чело- век сохраняет регулярную цикличность сна и бодрствования, но период этого цикла не совсем точно равен 24 часам, а может отличаться на несколько минут.

17 слайд

Описание слайда: