Подробное решение параграф § 49 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Рассмотрите рис. 217. Как влияет ритм солнечной активности на величину урожая культурных растений? Какова причина такого ритма?
Ответ. Установлено, что развитие растений (а значит, и урожаи) тесно связано с уровнем солнечной активности. Это справедливо не только для ржи и картофеля. Более детальные исследования показали, что связь между солнечной активностью и ростом растений зависит и от местных особенностей климата, как это мы уже видели в случае деревьев и кустарника. Причем солнечная активность влияет на рост растений не только через изменение количества осадков и температуры, но и другим, более окольным путем, – через болезни сельскохозяйственных культур. Если солнечная активность усиливает вредоносность болезней растений, то их рост и урожайность будут от этого страдать. В разных регионах это влияние солнечной активности на вредоносность болезней растений (например, бурой ржавчины пшеницы) различно. Поэтому будет отличаться и конечный результат, то есть урожайность сельскохозяйственных культур в разных регионах. Но всегда неизменно она выявляет связь с солнечной активностью. Но в одних случаях эта связь положительная, а в других отрицательная. Это и затрудняло решение данного вопроса.
Солнечная активность в разные годы различна. Это объясняется особенностями движения небесных тел в Солнечной системе и Галактике в целом.
Вопрос. 1. Что такое биологические ритмы? Какими причинами они обусловлены? Какие из ритмов относят к внешним, а какие – к внутренним (эндогенным)?
Ответ. Одно из фундаментальных свойств живой природы – цикличность большинства происходящих в ней процессов. Вся жизнь на Земле от клетки до биосферы подчинена определённым биологическим ритмам, или биоритмам (от греч. rhytmos – размеренность), – внешним, обусловленным циклическими изменениями в окружающей среде, и внутренним, связанным с собственной жизнедеятельностью организмов.
Внешние ритмы имеют в основном геофизическое происхождение, поскольку тесно связаны с процессами движения планеты Земля в Солнечной системе и вокруг своей оси. Эти процессы вызывают закономерное изменение главных абиотических факторов – светового режима, температуры, влажности и т. д. Воздействуют на живую природу и космические ритмы, например, солнечная активность.
Внутренние ритмы – это ритмы физиологических и биохимических процессов, протекающих в организмах. Так, ритмический характер носит деление клеток, биосинтез белков и нуклеиновых кислот, деятельность сердца, лёгких, почек и т. д. При этом каждая система органов имеет собственный ритм, достаточно устойчивый к внешним воздействиям, поэтому такие ритмы называют эндогенными (внутренними). Иногда их ещё называют биологическими часами организма, так как они помогают ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.
Вопрос 2. Охарактеризуйте суточные (циркадные) биологические ритмы на примере конкретных видов растений и животных, встречающихся в вашей местности. Какое значение они имеют для жизнедеятельности этих организмов?
Ответ. Практически все живые существа нашей планеты, независимо от уровня их организации, подчиняются суточным ритмам. Суточная ритмичность жизнедеятельности, обусловленная сменой дня и ночи, чётко выражена у большинства растений и животных как дневных (воробьиные птицы, домашние куры, суслики, муравьи и др.), так и ночных (ежи, совы, кошачьи и др.). Она остаётся практически неизменной, даже если организм находится в изолированном помещении, где поддерживаются постоянные внешние условия (освещение, температура и т. д.). Таким образом, суточная цикличность жизнедеятельности – врождённое, генетическое свойство вида. Эндогенные суточные ритмы называют циркадными (от лат. circa – около и dies – день, сутки).
Вопрос 3. Опишите, как в соответствии с годичным (цирканным) биологическим ритмом происходит чередование периодов жизнедеятельности организмов, распространённых в вашей местности. Какие приспособления к смене времён года выработали в процессе эволюции эти организмы? Каково значение этих приспособлений?
Ответ. Изменения интенсивности и характера биологических процессов, повторяющиеся с годичной периодичностью, называют годичными ритмами. Эта периодичность для организма во многом является врождённой, т. е. проявляется как внутренний годичный ритм. Например, если австралийских страусов эму поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна. Годичные ритмы обеспечивают приспособление организмов 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. Эндогенные годичные ритмы называют цирканными (от лат. circa – около и annus – год), их перестройка у организмов происходит с большим трудом и только через ряд поколений.
Вопрос 4. Проведите наблюдения за проявлениями биологических ритмов у растений и животных, встречающихся в вашей местности. Зафиксируйте результаты наблюдений в виде записей, рисунков и фотографий.
Ответ. Пример суточных ритмов. Одна из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени – суточная периодичность открывания и закрывания цветков у растений. Каждое растение «засыпает» и «просыпается» в строго определенное время суток. Рано утром (в 4 ч) раскрывают свои цветки цикорий и шиповник, в 5 ч – мак, в 6 ч – одуванчик, полевая гвоздика, в 7 ч – колокольчик, огородный картофель, в 8 ч – бархатцы и вьюнки, в 9–10 ч – ноготки, мать-и-мачеха и только в 11 ч – торица. Существуют и цветы, раскрывающие свои венчики ночью. В 20 ч раскрываются цветки душистого табака, а в 21 ч – горицвета и ночной фиалки. Так же в строго определенное время и закрываются цветки: в полдень – осот полевой, в 13–14 ч – картофель, в 14–15 ч – одуванчик, в 15–16 ч – мак и торица, в 16–17 ч – ноготки, в 17–18 ч – мать-и-мачеха, в 18–19 ч – лютик и в 19–20 ч – шиповник. Можноустроить на садовой клумбе живые часы. Для этого необходимо посадить цветущие растения в таком порядке, в каком они раскрывают или закрывают свои цветки. Такие многокрасочные и ароматные часы не только будут радовать вас своей красотой, но и позволят достаточно точно (с интервалом 1 – 1,5 ч) определять время. Однако цветочные часы точно показывают время только в ясную и солнечную погоду. Раскрывание и закрывание цветков зависят и от многих других условий, например от географического положения местности или времени восхода и захода солнца.