ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 11 клас

§ 18. Адаптивні біологічні ритми

Пригадайте!

Що таке біологічні ритми?

Біологічні ритми – це періодичні коливання, що відбуваються в різних часових масштабах, які зустрічаються майже у всіх живих організмах. Ці ритми можуть варіюватися від молекулярних і клітинних процесів, які відбуваються на субсекундному часовому масштабі, до щоденних змін сну та неспання, щорічної міграції птахів і приливних коливань у поведінці прибережних тварин. Біологічні ритми керуються внутрішнім годинником організму, відомим як циркадний годинник, який регулює цикли настороженості та сонливості, реагуючи на зміни світла в навколишньому середовищі.

У світі цікавого

У 1729 р. французький фізик й астроном Жан-Жак Дорту Де Меран (1678-1771) зацікавився властивістю мімози соромливої (Mimosa pudica) розкривати свої листки вранці й закривати їх уночі. Він провів експеримент, в якому рослину утримували цілодобово в темряві, але все одно вона продовжувала раз на добу закривати й розкривати листки, незважаючи на відсутність світла. Що ж було причиною таких періодичних змін?

Експеримент де Мерана припустив, що періодичні зміни в листі Mimosa pudica відбуваються через внутрішній біологічний годинник, а не під впливом зовнішніх факторів, таких як світло чи температура. Цей внутрішній годинник відомий як циркадний ритм, і він контролюється гормонами рослини та іншими фізіологічними процесами. Вважається, що циркадний ритм допомагає рослині синхронізувати свої фізіологічні процеси з циклом день/ніч, дозволяючи їй оптимізувати свій ріст і розвиток.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Місяць - єдиний природний супутник планети Земля, другий за яскравістю об'єкт на земному небосхилі після Сонця і п'ятий за величиною супутник планет Сонячної системи. Що вивчає селенологія? Які геофізичні сили Місяця є синхронізаторами багатьох біоритмів живої природи?

Селенологія — це дослідження Місяця та його особливостей, включаючи фізичний і хімічний склад, особливості поверхні та внутрішню структуру. Це розділ геології, який зосереджується саме на Місяці. Геофізичні сили Місяця є синхронізаторами багатьох біоритмів живої природи. Гравітаційне тяжіння Місяця викликає океанські припливи, які, у свою чергу, впливають на ріст і міграцію багатьох видів рослин і тварин. Орбіта Місяця також впливає на тривалість дня і ночі, що може впливати на моделі активності різних видів. Нарешті, фази Місяця та затемнення можуть впливати на поведінку багатьох тварин, наприклад, на цикли розмноження деяких видів.

СТАВЛЕННЯ

Один із спелеологів, а саме французький учений Мішель Сіфр (нар. 1939) здобув широку популярність завдяки серії експериментів «Поза часом», у ході яких 64 дні перебував на самоті в печері на глибині 135 м без можливості визначення часу та дати. У результаті досліджень виявив, що організм людини самостійно пристосовується до 24- або 48-годинного циклу. Розгляньте схему та поясніть механізм регуляції таких ритмів у людини.

Регуляція циркадних ритмів у людини контролюється супрахіазматичним ядром (SCN) у гіпоталамусі. SCN отримує вхідні дані від очей, які допомагають йому виявляти наявність або відсутність світла, що використовується як підказка, коли синхронізувати внутрішній годинник організму. Діаграма показує вихід SCN як лінію, яка коливається між високими та низькими значеннями, з піком вранці та спадом увечері. Вважається, що цей результат є сигналом, який встановлює та підтримує циркадні ритми організму, такі як вироблення гормонів, зміни температури тіла та інші фізіологічні процеси. Коли тіло піддається впливу світла, SCN посилає сигнал шишкоподібній залозі припинити вироблення мелатоніну, гормону, який допомагає регулювати сон. Це допомагає організму залишатися бадьорим вдень і готує його до сну вночі. Коли тіло перебуває в темряві, SCN посилає сигнал до шишкоподібної залози, щоб почати виробляти мелатонін, який допомагає організму стати сонним і готує його до відпочинку.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке адаптивні біоритми?

Адаптивні біоритми - це біологічні ритми, на які впливають екологічні та генетичні фактори, які дозволяють організмам пристосовуватися до навколишнього середовища. Типи адаптивних біоритмів включають циркадні ритми, які мають період близько 24 годин і пов’язані з внутрішнім годинником організму та циклом сну/неспання; ультрадіанні ритми, які мають період менше 24 годин; та інфрадіанові ритми, які мають період більше 24 годин. Ці ритми можна використовувати для різних функцій, таких як регулювання цвітіння, визначення моделей міграції та регулювання сплячки та розмноження.

2. Наведіть приклади адаптивних біоритмів.

Приклади адаптивних біоритмів включають цикл сон-неспання, цикл температури тіла, менструальний цикл і сезонні міграційні моделі птахів та інших тварин. Цикл сну-неспання допомагає тілу відпочити та відновити енергію, тоді як цикл температури тіла допомагає тілу підтримувати стабільну температуру. Менструальний цикл допомагає регулювати фертильність і готує організм до вагітності. Нарешті, сезонна міграція тварин допомагає їм знаходити їжу, притулок і пару.

3. Назвіть критерії для класифікації біоритмів.

Критеріями класифікації біоритмів є: циркадні ритми, ультрадіанні ритми, інфрадіанні ритми та здатність до стабілізації біологічних ритмів. Циркадні ритми відносяться до внутрішнього годинника організму та циклу сну/неспання, тоді як ультрадіанні ритми відносяться до ритмів, які повторюються протягом 24 годин. Інфрадійні ритми – це ритми, які виникають протягом періоду часу, який перевищує 24 години. Здатність стабілізувати біологічні ритми відноситься до розвитку здатності регулювати і контролювати ці ритми.

4. На які групи класифікують біоритми за тривалістю періоду?

Біоритми зазвичай класифікують відповідно до тривалості їхнього періоду на три групи: циркадні ритми, ультрадіанні ритми та інфрадіанні ритми. Циркадіанні ритми мають період близько 24 годин, ультрадіанні ритми мають період менше 24 годин, а інфрадіанні ритми мають період більше 24 годин.

5. Що таке фотоперіодизм?

Фотоперіодизм — фізіологічна реакція рослин і тварин на тривалість ночі або темного періоду. Він зустрічається в рослинах і тваринах і використовується для різних функцій, таких як регулювання цвітіння, визначення моделей міграції та регулювання сплячки та розмноження. Фотоперіодизм працює, використовуючи кількість годин денного світла, щоб викликати реакцію, або шляхом виділення гормонів, або шляхом ініціювання поведінки. У рослин фотоперіодизм використовується для визначення часу цвітіння, тоді як у тварин він використовується для різних видів поведінки, таких як міграція та сплячка.

6. Наведіть приклади фотоперіодичних реакцій.

Приклади фотоперіодичних реакцій включають цвітіння у рослин, міграцію у тварин і стан спокою у рослин і тварин. У рослин фотоперіодизм використовується для визначення часу цвітіння, тоді як у тварин він використовується для різних видів поведінки, таких як міграція та сплячка. У деяких організмів фотоперіодизм також можна використовувати для регулювання часу розмноження, линьки та відкладання яєць. Наприклад, деякі види риб розмножуються лише в певний час року, коли фотоперіод вказує на прихід сезону нересту.

7. Які причини адаптивних біологічних ритмів?

Причини адаптивних біологічних ритмів складні і не до кінця вивчені. Взагалі вважається, що вони виникають внаслідок комбінації факторів навколишнього середовища, таких як світло та температура, а також генетичних факторів, таких як гени циркадного годинника. Світло та температура впливають на експресію генів циркадного годинника, які, у свою чергу, регулюють час різноманітних процесів організму, таких як сон, їжа та обмін речовин. На ці процеси може впливати зміна пір року або інші чинники навколишнього середовища, що призводить до адаптації біологічних ритмів. Крім того, генетичні фактори можуть впливати на експресію генів циркадного годинника і, таким чином, на час біологічних ритмів.

8. Які типи й значення адаптивних біоритмів?

Адаптивні біоритми - це біологічні ритми, на які впливають екологічні та генетичні фактори, які дозволяють організмам пристосовуватися до навколишнього середовища. Типи адаптивних біоритмів включають циркадні ритми, які мають період близько 24 годин і пов’язані з внутрішнім годинником організму та циклом сну/неспання; ультрадіанні ритми, які мають період менше 24 годин; та інфрадіанові ритми, які мають період більше 24 годин. Ці ритми можна використовувати для різних функцій, таких як регулювання цвітіння, визначення моделей міграції та регулювання сплячки та розмноження.

9. У чому полягає адаптивне значення фотоперіодизму?

Адаптивне значення фотоперіодизму полягає в тому, що він дозволяє організмам реагувати на зміну умов навколишнього середовища, наприклад на сезонні зміни кількості світлового дня, щоб регулювати такі процеси, як цвітіння, міграція та сплячка. Фотоперіодизм також дозволяє організмам реагувати на зміни кількості денного світла на різних широтах, щоб оптимізувати час розмноження та використання енергії.

10. Як відбувається регуляція біоритмів у людини?

Регуляція біоритмів людини здійснюється поєднанням екологічних і генетичних факторів. Основним фактором навколишнього середовища є цикл світло-темрява, який впливає на експресію генів циркадного годинника, які, у свою чергу, регулюють час різноманітних процесів організму, таких як сон, їжа та метаболізм. Крім того, генетичні фактори можуть впливати на експресію генів циркадного годинника і, таким чином, на час біологічних ритмів. У людини на регуляцію біоритмів також впливають фактори способу життя, такі як звички до сну, фізичні вправи та дієта.