Организмдердің биологиялық ырғақтары

Тірі организмдер — тіршілік ортасы

Гетеротрофты организмдердің көпшілігі бүкіл өмір бойы немесе тіршілік циклінің белгілі бір кезеңінде басқа организмдерді тіршілік ортасы ретінде пайдаланады. Бір организмнің екінші организмді орта ретінде қолдануы — өте ертеден келе жатқан және табиғатта кең таралған құбылыс.

Паразитизм: артықшылықтар мен қиындықтар

Паразитизм — кең таралған табиғи құбылыс. Көпжасушалы организмдердің барлығында ішкі паразитизм кездеседі. Паразиттер микроорганизмдер, біржасушалы және көпжасушалы ағзалар арасында көп, ал олардың иелері көбіне омыртқалы жануарлар мен гүлді өсімдіктер болады.

Экологиялық артықшылықтар

Иесі арқылы тұрақты қорекке қол жеткізу
Көбею мүмкіндігінің жоғары болуы
Сыртқы ортаның қолайсыз әсерлерінен қорғаныс

Экологиялық қиындықтар

Тіршілік кеңістігінің шектеулі болуы
Оттегінің тапшылығы, жарықтың жоқтығы
Иесінің паразитке қарсы қорғаныс реакциялары

Паразиттердің бейімделуі және мысалдар

Иесінің ішкі ортасында қорек мол болғандықтан, паразиттер көбіне тез дамиды. Сондықтан омыртқалылардың ішегінде тіршілік ететін паразиттердің өлшемі еркін тіршілік ететін туыстарына қарағанда әлдеқайда ірі болуы мүмкін. Мысалы, адам және шошқа аскаридасы — нематодтар класының ірі өкілдері. Ал өгіз және шошқа солитерлері — ұзындығы 8–12 метрге жететін таспалы құрттардың ең ірілерінің қатарына жатады.

Мұндай жағдайлар көптеген паразитті организмдердің құрылымында екінші реттік өзгерістердің пайда болуына әкелді. Мәселен, таспалы құрттарда (Cestoidea) ас қорыту жүйесі мүлде болмайды: олар қоректі бүкіл денесімен сіңіреді, ал жүйке жүйесі редукцияланған. Кейбір паразиттерде қанаттар жойылған (биттер, бүргелер). Кейбір паразитті өсімдіктерде (шырмауықтар) хлорофиллді мүшелер дамымайды. Циссус (Cissus) лианасында паразиттік тіршілік ететін раффлезияда (Rafflesia arnoldii) негізінен тек гүлі сақталып, қалған мүшелері иесінің ұлпасына енетін жіпше тәрізді құрылымдарға айналған.

Ие организм паразиттерге қарсы қорғанады: жануарлар қанында паразиттерді жоятын антиденелер түзіледі, ал кейбір ағаштар зиянкестерге қарсы шайыр бөледі және т.б.

Организмдердің биологиялық ырғақтары

Тірі табиғаттың маңызды қасиеттерінің бірі — көптеген процестердің циклдік түрде жүруі. Жер бетіндегі өмір — клеткадан бастап биосфераға дейін — белгілі бір ырғақтарға бағынады. Академик А. Богомолец (1928) тіршілік процестерінің ырғақтары табиғи циклдермен сәйкес келетінін атап көрсеткен: жүрек соғысы, тыныс алу, жүйке жүйесінің белсенділігі сияқты көптеген құбылыстар белгілі бір ырғақпен өтеді.

Ырғақтардың түрлері: ішкі және сыртқы

Кез келген организм үшін табиғи ырғақтар екі топқа бөлінеді: ішкі (организмнің тіршілік әрекетіне байланысты) және сыртқы (қоршаған ортадағы өзгерістерге тәуелді).

Ішкі циклдар (физиологиялық ырғақтар)

Организмдегі физиологиялық процестер үздіксіз жүрмейді. Белок, ДНҚ және РНҚ синтезі, ферменттердің жұмысы, клеткалардың бөлінуі, ішкі секреция бездерінің қызметі, жүрек соғысы, тыныс алу және жүйке жүйесінің қозуы — бәрі белгілі бір ырғақтылықпен реттеледі. Әр жүйенің өзіне тән «уақыты» бар: организм физиологиялық қызметін ырғақты жүргізе отырып, уақытты «санайтындай».

Сыртқы циклдар (геофизикалық және ғарыштық)

Жердің Күнге, Айдың Жерге қатысты айналуына байланысты жарық, температура, қысым, ауа ылғалдылығы, атмосферадағы электромагниттік өріс, мұхит суының көтерілуі мен қайтуы сияқты факторлар заңдылықпен өзгеріп отырады. Сонымен қатар күн белсенділігі тәрізді ғарыштық ырғақтар да тіршілікке әсер етеді; Күн радиациясының ауытқуы климатқа ықпалын тигізеді.

Негізгі ұғымдар

Биологиялық ырғақ: Биологиялық процестердің белсенділігі мен сипатының мезгілдік тербелісі.
Хронобиология: Биологиялық ырғақтарды зерттейтін ғылым.
Уақыт факторы: Келесі фазаның басталуы уақытқа тәуелді болғандықтан, уақыт маңызды экологиялық фактор ретінде әрекет етеді.

Адаптациялық ырғақтар: тәуліктік, су деңгейі және жылдық

Организмдер тіршілігіндегі көптеген өзгерістер мезгілі бойынша сыртқы геофизикалық циклдарға сәйкес келеді. Бұлар — тәуліктік, су деңгейінің көтерілуі мен қайтымына (толысу-қайту), және жылдық ырғақтар. Осы ырғақтардың арқасында қоректену, өсу, көбею сияқты маңызды процестер тәуліктің немесе жылдың қолайлы кезеңдерінде өтеді.

Тәуліктік ырғақтар және циркадты цикл

Тәуліктік ырғақтар бірклеткалы организмдерден бастап адамға дейінгі барлық тіршілік иелеріне тән. Адамда тәулігіне 100-ден аса физиологиялық қызметтің өзгеретіні белгілі: ұйқы мен сергектік, дене температурасы, жүрек соғысының ырғағы, тыныс алудың тереңдігі мен жиілігі, несептің құрамы мен мөлшері, тер бөлінуі және т.б.

Өсімдіктерде гүлдің ашылып-жабылуы, жапырақтардың төмендеуі немесе көтерілуі, өсу аймақтарының белсенділігі тәуліктің белгілі бір уақыттарында күшейеді. Жануарлар белсенділігіне қарай күндізгі және түнгі түрлерге бөлінеді: күндіз белсенділерге үй құстары, көптеген торғайлар, сарышұнақтар, інеліктер, құмырсқалар; түнгілерге кірпі, жарқанат, жапалақ, мысық тұқымдастарының көпшілігі, тарақандар және т.б. жатады. Кейбір түрлер тәуліктің әр кезеңінде бірқалыпты белсенді болуы мүмкін — мұндай ырғақ полифазалы деп аталады (мысалы, көртышқандар, кейбір жыртқыштар).

Сыртқы жағдайлар тұрақты болғанның өзінде (температура, ылғалдылық, жарық өзгермесе), көптеген түрлерде тәуліктікке жақын циклдар ұзақ уақыт сақталады. Бұл — эндогенді ырғақ. Мұндай эндогенді тәуліктік ырғақтар циркадты деп аталады.

Циркадты ырғақтың қайта бейімделуі бірден болмайды. Мысалы, адам алыс қашықтыққа ұшып барған кезде бастапқыда организм бұрынғы режиммен «жұмыс істеп», кейін жергілікті астрономиялық уақытқа біртіндеп бейімделеді. Осы кезеңде әлсіздік, тез шаршау, түнде ұйықтай алмау немесе күндіз ұйқышылдық байқалып, бейімделу бірнеше күннен екі аптаға дейін созылуы мүмкін. Уақытты сезінудің бұл негізі биологиялық сағат ұғымымен түсіндіріледі.

Су деңгейінің көтерілуі мен қайтымы (толысу-қайту) ырғақтары

Теңіз жағалауында тіршілік ететін түрлер үшін орта өте күрделі: тәуліктік жарық өзгерісімен қатар су деңгейінің көтерілуі мен қайтымы әсер етеді. Тәулігіне екі рет су көтеріледі және екі рет қайтады; бұл фазалар шамамен әр күні 50 минутқа ығысып отырады (цикл ұзақтығы 24 сағат 50 минут). Су көтерілуінің күші де айлық циклмен (29,5 тәулік) заңдылықты түрде өзгереді: жаңа ай мен ай толған кезде су көтерілуі ең жоғары деңгейге жетеді.

Жағалауда тіршілік ететін организмдер осы күрделі ырғаққа бейімделген. Мысалы, Калифорния жағалауындағы атерина балығы су ең жоғары көтерілген кезде уылдырығын жағалауға шашады; су қайтқанда уылдырық ылғалды құмда қалады. Бір айдан соң шыққан шабақтар су деңгейі қайтадан ең жоғары көтерілген кезеңде теңізге сумен бірге қайтады.

Жылдық ырғақтар және фотопериодизм

Табиғаттағы ерекше құбылыстардың бірі — жылдық ырғақтар. Жыл бойы физикалық жағдайлардың заңды өзгеруіне көптеген түрлер эволюциялық тұрғыдан бейімделген. Жылдық ырғақтар көбіне көбеюмен, миграциямен және жылдың қолайсыз кезеңдерін өткерумен байланысты. Маусымдық өзгерістер күшті болған сайын жылдық ырғақтар айқынырақ байқалады: қоңыржай және салқын аймақтарда жапырақтың түсуі, қысқы ұйқы, түлеу, миграция анық көрінсе, тропик аймақтарда маусымдық айырмашылықтар әлсіз байқалады.

Көптеген түрлерде жылдық ырғақтар эндогенді сипатта болады; мұндай ырғақтар цирканды (лат. annus — жыл) деп аталады. Бұл, әсіресе, көбею циклінде байқалады: мысалы, солтүстік жарты шардағы хайуанаттар паркінде ұсталған оңтүстік жарты шар жануарлары көбіне қыста немесе көктемде көбейеді, өйткені олардың табиғи мекенінде бұл кезең жазға сәйкес келеді.

Фотопериодизм

Жыл мезгілін бағдарлауда ең дәл факторлардың бірі — күн ұзақтығы, яғни тәуліктегі жарық және қараңғы кезеңдердің алмасу ырғағы. Организмнің күн ұзақтығының маусымдық өзгеруіне реакциясы фотопериодизм деп аталады. Бұл құбылыс жарықтың қарқындылығына емес, дәл осы «күн–түн» ырғағына тәуелді: ол организмге температура мен ылғал сияқты климаттық өзгерістердің жақындағанын білдіретін сенімді белгі қызметін атқарады.