Ответы на вопросы. Естествознание

Сезонные изменения в живой и неживой природе. Приспособительные ритмы.

Сезонная динамика экосистем определяется сменой времен года. Это выражается в изменении не только состояния и активности организмов отдельных видов, но и их соотношения. В первую очередь сезонная динамика затрагивает видовой состав. Неблагоприятные сезонные погодные условия заставляют многие виды мигрировать в районы с лучшими условиями существования. У видов же, остающихся зимовать в экосистеме, значительно изменяется их жизненная активность. Большинство видов деревьев и кустарников на зиму сбрасывает листву. Приостанавливается активное деление клеток образовательной ткани. Вегетативные органы однолетних растений отмирают. У многолетних трав жизнеспособными остаются только корневая система и зимующие почки, прикрытые от замерзания почвой и снежным покровом. Некоторые виды оседлых животных впадают в спячку, предварительно накопив запасы энергетического сырья - жира. Другие ведут зимой активный образ жизни и способны обеспечить себя кормом.

Со сменой сезонов года связано изменение флористического состава экосистем. Так, войдя в березняк, осинник или дубраву ранней весной, когда еще не распустились листья на деревьях, можно увидеть целые пятна цветущих растений-первоцветов. Эту группу растений составляют виды из семейства лютиковых (ветреница дубравная, чистяк весенний, перелеска благородная, сон-трава) и некоторые другие. Их раннее развитие является приспособлением к более полному использованию условий местообитания. Снег уже сошел, света и тепла достаточно, а вегетация основных растений еще не началась. А если вы войдете в тот же лес в конце мая-начале июня, то не узнаете этого места. Здесь развились уже другие травы, и ничто не говорит о бывшем буйном весеннем цветении первоцветов.

Таким же образом к смене сезонов года приспособились и животные. Весной у них появляется потомство. Активизация жизненных процессов приходится на летний период, а осенью они уже начинают готовиться к предстоящей зимовке.

Как живая, так и неживая природа подвержена сезонным изменениям. Каждому времени года свойственны свои отличительные признаки и явления:

Зима (сезонные изменения в неживой природе)

Укорочение светового дня. Понижение температуры воздуха в следствии того, что солнце ниже над горизонтом, греет слабее, чем летом или весной.

Для зимы характерны такие явления как:

Мороз - холодная погода, холодное время с очень низкой температурой

Изморозь - отложение льда на тонких и длинных предметах (ветвях деревьев, проводах) при тумане.

Снегопад – выпадение снега (обычно в большом количестве).

Оттепель - теплая погода во время зимы или при наступлении весны, вызывающая таяние снега, льда.

Вьюга, метель - сильный, переменного направления ветер со снегом, снежный вихрь.

Позѐмка, поземица – вьюга, во время которой дует низовой ветер.

Гололѐд - слой плотного льда, образующийся на поверхности земли и на предметах (стволах и ветвях деревьев, телеграфных проводах и т.д.) при замерзании на них переохлажденных капель тумана или дождя (с температурой ниже 0° С). Обычно гололѐд наблюдается при температурах воздуха от 0 до -3°С, но иногда и более низких. Образуется гололѐд преимущественно с наветренной стороны предметов. Корка намѐрзшего льда может достичь толщины нескольких см и вызвать обламывание сучьев, обрыв проводов, погубить посевы.

Гололедица - морозная погода без снега, при которой земля покрыта скользким обнаженным слоем льда.

Весна

Удлинение светового дня относительно зимы, таяние снега, в следствии повышения температуры воздуха.

Для весны характерны такие признаки как:

Дождь - жидкие атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде капель воды диаметром 0.5-7 мм. Различают ливневые дожди из кучево-дождевых облаков и обложные дожди из слоисто-дождевых облаков.

Ледоход - движение льдин и ледяных полей на реках и озерах под действием течения, ветра, температуры воды. Различают весенний и осенний ледоходы.

Половодье – фаза водного режима реки; ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водности реки, вызывающее подъем ее уровня. Обычно половодье сопровождается выходом вод из русла и затоплением берегов. Половодье вызывается весенним таянием снегов на равнине (весеннее половодье), летним таянием снега и ледников в горах (летнее половодье на реках, берущих начало в высокогорье).

Лето

Удлинение светового дня. Летом солнце поднимается выше над горизонтом. Соответственно, больше прямых лучей попадает в атмосферу Земли и дольше ее разогревает. Для лета характерны такие явления как:

Гроза – электрическое атмосферное явление, при котором в мощных кучеводождевых облаках или между облаками и земной поверхностью возникают многократные электрические разряды (молнии), сопровождающиеся громом. Грозам обычно сопутствуют шквалистые ветры, ливневые осадки, нередко с градом.

Молния – разряд атмосферного электричества в воздухе, обычно в виде огненного зигзага.

Гром – звуковое явление в атмосфере, сопровождающее молнию. Гром вызывается колебаниями воздуха в результате быстрого нагревания и расширения воздуха на пути молнии. Гром имеет характер длительных раскатов и обычно слышен на расстоянии не более 15-20 км.

Радуга – оптическое явление в атмосфере в виде одной или нескольких разноцветных дуг, видимых на небосводе на фоне освещаемой Солнцем завесы дождя, находящейся в противоположной стороне от Солнца. Возникновение радуги объясняется преломлением и отражением света в каплях дождя.

Град – атмосферные осадки в виде частичек льда круглой или неправильной формы (градин) размером 5-55 мм. Град выпадает в теплое время года из мощных кучево-дождевых облаков, сильно развитых вверх, обычно при ливнях и грозах.

Смерч, торнадо – атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде тѐмного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря; в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаками. Когда смерч опускается до земной поверхности, нижняя часть его тоже становится расширенной, похожей на опрокинутую воронку. Высота смерча может достигать 800—1500 м. Воздух в нѐм вращается обычно против часовой стрелки, причѐм одновременно он поднимается по спирали вверх, втягивая пыль или воду; скорость вращения — несколько десятков м в сек. В связи с тем, что внутри вихря давление воздуха уменьшается, там происходит конденсация водяного пара; это вместе со втянутой частью облака, пылью и водой делает смерч видимым. Диаметр смерча над морем измеряется десятками метрами, над сушей — сотнями метрами.

Смерч возникает обычно в тѐплом секторе циклона, чаще перед холодным фронтом и движется в том же направлении, в котором перемещается циклон (скорость перемещения 10—20 м/сек). За время своего существования смерч проходит путь длиной 40—60 км.

Осень

Укорочение светового дня. Понижение температуры воздуха относительно лета.

Примерами осенних явлений в неживой природе являются похолодание, густые туманы, затяжные дожди, первые заморозки, иней, первый снег, ледостав.

Листопад - естественное опадание листьев у древесных растений и кустарников, связанное с подготовкой растений к зиме и вызванное изменением длины дня. При листопаде в основании черешка образуется отделительный слой, по которому лист отрывается.

Первые заморозки наблюдаются уже в начале сентября, а в середине сентября бывает последняя гроза. Осенние дожди холодные, мелкие, моросящие и затяжные.

Ледостав — это процесс образования льда на реке или озере. Водоёмы начинают обычно замерзать в самом конце осени.

Годичные (приспособительные) ритмы

Годичные ритмы – одни из наиболее универсальных в живой природе.

Закономерные изменения физических условий в течение года вызвали в эволюции видов множество самых разнообразных адаптаций 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 этапа 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.