Биология 9 класс что такое ритмичность
Адаптивные биологические ритмы и характеристика основных биологических ритмов
Важное свойство, которым обладает географическая оболочка нашей планеты — ритмичность. Что такое ритмичность в биологии?
Понятие адаптивных биологических ритмов
Ритмичность в биологии — это процесс повторения явлений в определенное время.
Будучи одной из составляющих географической оболочки, биосфера также подвержена ритмичности. Жизнедеятельность организмов на планете во многом зависит от движения тел Солнечной системы, изменений температуры, влажности и освещенности. На все эти изменения живые организмы реагируют.
На случай периодических изменений интенсивности экологических факторов у организмов есть специальные приспособленческие реакции — это адаптивные биологические ритмы.
Адаптивные биологические ритмы в зависимости от длительности причин возникновения делятся на:
Такое явление как «биологические часы» непосредственно связано с биологическими адаптивными ритмами.
Биологические часы — способность живых организмов выдавать реакцию на течение времени.
С помощью этого явления живые организмы могут согласовывать свои физиологические ритмы с изменениями, происходящими в окружающей среде.
Характеристика биологических ритмов
Рассмотрим подробнее каждый из вариантов биологических ритмов.
Суточные ритмы
Планета Земля вращается вокруг своей оси — полный оборот она совершает за 24 часа. В результате, в течение суток два раза меняется освещенность, которая становится причиной температурных колебаний, изменения влажности и атмосферного давления. Все это непосредственно влияет на активность живых организмов.
Солнечный свет очень важен для жизнедеятельности: он задает периодичность процессов фотосинтеза, транспирации, времени, когда будут раскрываться и закрываться цветки у растений. Животных изменения освещенности тоже затрагивают: смена дня и ночи влияет на особенности их физиологических процессов. Отсюда условное деление всех животных на ночных и дневных.
Однако в случае изменения условий среды, меняется и суточная активность живых организмов.
В жарких пустынях, когда температура днем достигает максимума, а влажность — минимума, дневные животные проявляют свою активность ночью.
Суточные ритмы связаны и с человеком, который также является частью природы. Интенсивность более ста его жизненных функций определяется временем суток.
Приливно-отливные ритмы
Приливно-отливные ритмы — результат взаимодействий Земли и Луны. Наиболее полно и явно они наблюдаются у обитателей прибрежных участков Мирового океана (такие участки называются литорали).
В течение лунных суток — они длятся 24 часа и 50 минут — прилив и отлив происходят по два раза. Такая смена природных условий заставляет организмы к ней приспосабливаться. Каждый организм приспосабливается по-своему:
Приливно-отливные ритмы определяют размножение рыб атерин-грунион. Нерест осуществляется только тогда, когда Луна находится в определенной фазе.
Сезонные ритмы
Сезонные ритмы — результат вращения Земли вокруг Солнца. Это вращение приводит к изменению климата на планете. Сезонные ритмы определяют такие процессы как размножение, развитие, жизненные циклы, линька, спячка, миграция, состояние покоя и период вегетации у растений, а также многое другое.
Многолетние циклы
Многолетние циклы — результат изменения солнечной активности и взаимодействия небесных тел Солнечной системы.
Массовое размножение перелетной саранчи в отдельные годы — яркий пример многолетних циклов.
Также пример многолетних циклов — периодическое отклонение холодного перуанского течения у берегов Южной Америки. Это явление называется Эль-Ниньо, и происходит оно раз в 11-12 лет.
Фотопериодизм
Длительность светового дня — важное условие существования и жизни всех организмов, а также самый стабильный экологический фактор.
Фотопериодизм — комплекс наследственных реакций живого организма на то, как изменяется световой период суток.
Это свойство встречается у всех организмов. Однако наиболее ярко проявляется у тех, что живут в условиях, когда сезонные изменения среды происходят резко.
Изменение длительности светового дня у растений проявляется тем, что они меняют интенсивность синтеза фитогормонов. За счет этого регулируется рост и развитие растения.
Фотопериодизм очень ярко проявляется у перелетных птиц: сокращение светового дня является сигналом для миграции.
Биологические ритмы человека
Биологические ритмы в живой природе
Каждую весну распускается зеленая листва, каждую зиму выпадает снег. С восходом солнца растения раскрывают свои цветы, первый луч падает на зеленый лист и запускает процессы фотосинтеза. Перелетные птицы осенью собираются в теплые края, белка запасает спелые орехи, а медведь и еж ищут укрытие поудобнее, чтобы пережить неблагоприятное холодное и голодное зимнее время.
Изучая поведение животных в природе, внимательный наблюдатель замечает, что птицы начинают готовиться к перелету с первыми признаками приближающейся осени. Хозяин таежных лесов медведь начинает искать место для спячки еще до того, как ударят первые морозы и снегопады заметут лесные тропы.
И горе тому животному, которое не успеет до холодов. Без помощи человека оно обречено на гибель, как Серая шейка в одноименной детской сказке. Медведь, поднятый среди зимы из берлоги, получает прозвище медведь-шатун. Злой, голодный, ходит по лесу, нагоняя страх на охотников, но и он обречен на мучительную гибель от голода. Мясом такого погибшего зверя брезгуют даже падальщики.
Можно заметить, что еще до появления первых признаков смены сезона, поведение животных меняется. И это не зря. Таким образом природа позволяет живым организмам заблаговременно подготовиться к грядущим переменам в природе и предупредить стресс, связанный с перестройкой сложных биохимических процессов и физиологических функций во время действия неблагоприятного фактора с помощью биологических ритмов организма.
Определение понятия биоритмы
Биоритмы — сформированная в ходе эволюции модель приспособления, проявляющаяся в виде повторяющихся изменений характера и степени выраженности биохимических и физиологических реакций, характеризующая способность живых существ выживать в периодически изменяющихся условиях среды.
Способность организма изменять процессы жизнедеятельности под влиянием условий внешней среды генетически обусловлена и характерна всем живущим организмам. Она характерна не только отдельным клеткам, но и целым популяциям.
Биологические ритмы организма человека сформировались за миллионы лет эволюции и определяются движением планеты Земля.
Влияние этого ритмического рисунка накладывается на всех обитателей (растения, домашние и дикие животные, многоклеточные и одноклеточные организмы) на нашей удивительной планете. И человек – не исключение. Испокон веков он живет в сложной системе биоритмов, от изменяющихся за несколько секунд молекулярных, происходящих в живой клетке и обеспечивающих процессы энергетического обмена, до длительных годовых, связанных с движением Земли вокруг Солнца.
Хронобиология
Исследование ритмических колебаний биохимических и физиологических процессов в живых организмах в зависимости от суточных, годовых, либо лунных циклов продолжаются со Средневековья до наших дней. Прорывом в исследованиях стали опыты Е.А. Форсгрена, шведского физиолога, который в уникальных опытах на лабораторных кроликах выявил суточные колебания в клетках печени уровня гликогена — сложного полисахарида, участвующего в энергетическом обмене.
Лишь в 1960 году на симпозиуме в Cold Spring Harbor Laboratory, после того, как доклады исследователей, представляющих различные отрасли науки, были заслушаны, выяснилось, что ученые из разных областей физиологии, биологии, генетики, биохимии описывали одни и те же феномены, связанные с изменением активности процессов во времени, и приняли решение выделить хронобиологию как отдельную науку.
Исследование биохимических процессов продолжается. В настоящее время ученые выделяют около 300 различных биохимических и физиологических процессов в организме человека, активность которых изменяется на протяжении времени и регулярно чередуется, имея свои минимумы и максимумы значений.
Классификация биоритмов
Согласно классификации советских ученых-медиков Н.И. Моисеевой и В.Н. Сысуева (1961), в зависимости от периода — промежутка времени между двумя максимальными или минимальными значениями — биологические ритмы делятся на:
Высокочастотные ритмы длятся от миллисекунды до получаса. К этой категории относятся сердечные сокращения, дыхательные движения, волны перистальтики в кишечнике. Медицинская аппаратура позволяет зафиксировать ритмы и получить сведения о функции различных систем человеческого организма. Электроэнцефалография регистрирует периодическую активность головного мозга, электромиография — мышечную активность, электрокардиография — сердечные сокращения, и данные используются не только в научных целях, но и для диагностики патологии.
К среднечастотным относятся биоритмы с продолжительностью от 30 минут до 6 дней. В эту группу входят циркадианные или циркадные (суточные) ритмы: повышение температуры тела к восемнадцати часам и снижение до минимума к полуночи, цикл «сон-бодрствование», о котором подробно рассказано на странице 22 учебника «Биология 10 класс» под редакцией В.И.Сивоглазова. Изменения некоторых показателей можно зафиксировать при суточном исследовании — холтеровском мониторировании ЭКГ или артериального давления. И такие исследования широко применяются в медицине для подбора необходимого лечения.
В группу низкочастотных ритмов относят колебания с периодичностью от 28 часов до десятилетий. В данный раздел входят менструальный цикл у женщин, а также годовые ритмы. Так, зимой по сравнению с летом, снижается в крови содержание сахара, увеличивается количество АТФ и холестерина.
Ранее считали, что как таковых, недельных ритмов у живых организмов нет, а деление на недели пошло от чередований фаз луны еще со времен Древнего Вавилона. И только в последнее время, когда биохимия сделала гигантский шаг вперед, и появилась возможность определить концентрацию биологически активных веществ не только в крови, но и в моче, ученые выявили колебания гормональных показателей, выделяемых надпочечниками, с примерным семидневным циклом.
В ходе астрономических наблюдений установлено, что за время оборота Солнца вокруг своей оси, который составляет двадцать семь суток, регистрируются различные значения магнитного поля между планетами Солнечной системы. Положение Земли изменяется с периодичностью в 6,75 суток. Планета оказывается в разнообразных секторах солнечного магнитного поля, что вызывает изменения планетарного геомагнитного поля, которое влияет на климатические условия, а также жизнедеятельность живых организмов.
В последние десятилетия ритмы современной жизни с ночными клубами, предприятиями, работающими круглосуточно, путешествиями на другую сторону земного шара значительно влияют на биологические ритмы человека. Учитывая влияние социальной жизни на физиологию человека, выделяют:
Физиологические биоритмы — непрекращающаяся работа биохимических процессов в каждой клетке организма, для обеспечения чередования циклов вдоха-выдоха, непрерывного сокращения сердца, для бесперебойной работы системы кровообращения и других систем. Они обеспечивают жизнедеятельность организма независимо от условий среды обитания. Способность физиологических ритмов к изменениям обеспечивает адаптационный резерв человека к существованию в экстремальных условиях от архипелагов Арктики до жаркой пустыни Каракум.
Вращение Луны вокруг нашей голубой планеты, и Земли вокруг Солнца приводит к смене сезонов года в окружающей природе и формированию геофизических биоритмов, которые обеспечивают перестройку физиологических биоритмов под сезонные климатические изменения.
Социальные биоритмы формируются под влиянием условий жизни, принятых в обществе, где человек обитает: сменная работа, чередование труда и пассивного отдыха, активная клубная жизнь у молодежи или приверженность ЗОЖ. Через некоторое время стабильных чередований физических нагрузок, труда и отдыха у человека формируются автоматические колебания, близкие к его обычному циклу труд-отдых. Наличие социальных биоритмов подтверждает высокую способность человека адаптироваться к окружающей его среде.
Подводя итоги, отметим, что к сегодняшнему дню хронобиология достигла определенных успехов и позволила сделать ряд выводов, касающихся живой природы:
Исследования биоритмов не прекращаются, и в 2017 году группа ученых из США получили Нобелевскую премию за открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадными ритмами.
Разработка урока на тему «Ритмичная деятельность организма».( 9 класс)
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Разработка урока на тему «Ритмичная деятельность организма».
Урок проведен 27 октября 2017 года в 9 классе. Школа участвовала в «Неделе науки» в рамках Года науки и образования Великобритании и России 2017.
раскрыть причины биологических ритмов.
определить значение биологических ритмов для повседневной деятельности человека.
Подходы к обучению и изучению материала.
На этом занятии ученики должны провести обсуждение в парах, группах, оценить ответы друг друга.
Что такое ритмичность и биологические ритмы?
Объясните ученикам, что ритмичность – основное свойство живой природы.
Попросите учащихся ответить на вопрос: какие показатели у человека в зависимости от времени суток циклически меняются? ( физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение).
Обратите внимание учеников на то, что наш организм находится в постоянной взаимосвязи с окружающим миром, обмениваясь с ним информацией и энергией. Из-за такого взаимодействия организм человека подстраивается под биоритмы окружающей среды. Получая информацию от органов чувств, центральная нервная система регулирует выделение различных гормонов, активизирующих или тормозящих работу всего организма. Таким образом, биологические часы человека синхронизируются с биоритмами окружающего мира.
Попросите учащихся сформулировать вывод о том, как происходит жизнедеятельность любой биологической системы на Земле? Жизнедеятельность любой биологической системы на этой планете подвержена цикличности.
Предложите ученикам подумать, каким ритмам подчиняются все живые организмы.
Предложите высказать свое мнение, а затем подведите итог обсуждения, обозначив основные ритмы- 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.
Обратите внимание учеников, что исключение составляют бактерии и вирусы, наличие ритмов у которых пока не доказано.
Учащиеся по группам выполняют задания на карточках.
Далее представляют результаты работы перед классом.
Разбейте учащихся на 4 группы по 5 человек и дайте каждой группе Карточку с заданием. Попросите обсудить в группе и ответить на заданные вопросы. Каждая группа проводит обсуждение и объясняет перед классом свои выводы, отвечает на вопросы слушателей.
Учащиеся по выведенным на экран названиям явлений определяют типы биологических ритмов, определяющих эти явления.
Учащиеся проверяют друг друга по выведенным на экран ответам.
Ученикам нужно поставить галочку напротив правильного ответа, а также исправить неправильные ответы. Они также могут написать комментарии на тему того, как лучше выполнить это упражнение в будущем.
Учащиеся делают выводы из проделанной работы, записывают домашнее задание.
Проведите краткое обсуждение в классе, чтобы подытожить, что нового узнали ученики на занятии.
Попросите учеников провести дальнейшее исследование в интернете о том, возможно ли изменить суточный биологический ритм, заложенный природой.
Также попросите оформить отчеты о результатах своих исследований в виде доклада.
Суточные ритмы – ритмы, которые приспосабливают организмы к смене дня и ночи.
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.
Что является причиной суточных ритмов? ( Примерный ответ : Причиной суточных ритмов является вращение Земли вокруг своей оси).
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.
У большинства наземных позвоночных проявляется суточная периодичность.)
Уточните, что, 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.
Назовите профессии, в которых, по-вашему мнению нарушения суточной ритмики могут представлять медицинскую проблему. (Примерный ответ:
условия ночной работы, подводного плавания, космических полетов)
Годовые ритмы – это ритмы, которые приспосабливают организмы к сезонной смене условий.
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).
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.
Резкие кратковременные изменения погоды (заморозки летом или зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных.
Что является причиной возникновения годовых ритмов? (Примерный ответ: Причина : движение Земли вокруг Солнца.)
На какие факторы реагируют организмы в годовых циклах? (Примерный ответ: 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.)
Назовите приспособление растений и животных к холодному времени года. (Примерный ответ: 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).
Является ли годовая периодичность у животных врожденной или она приобретается в течении жизни? (Примерный ответ: периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная).
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.
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.
Назовите внешние воздействующие факторы для организма человека. (Примерный ответ: Внешними воздействующими факторами являются для человека продолжительность и интенсивность освещения, фотохимические раздражители изменяющегося ультрафиолетового излучения и температурные колебания.)
В каких видах практической деятельности человек может использовать знания о биологических ритмах? (Примерный ответ: Например, при выращивании овощей и фруктов, для повышения яйценоскости кур, благодаря искусственному увеличению длины дня, можно достичь больших результатов.)
Как вы думаете, к каким последствиям может привести смещение времени сна на 12 часов? (Примерный ответ: нарушение слаженности процессов, протекающих в организме- большое утомление, минимальная работоспособность.)
Биологические часы – способность живых организмов ориентироваться во времени.
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.
Подумайте, на какие процессы в организме человека оказывают влияние «солнечные бури»? (Примерный ответ: Изменения деятельности Солнца влияют на частоту рождаемости, распространение эпидемий, физическое и психическое самочувствие человека, на продуктивность его деятельности.)
Как вы думаете, каково количественное соотношение «сов» и «жаворонков» и почему? Ученики высказывают предположения. Учитель уточняет: к ак показали исследования, «сов» и «жаворонков» примерно одинаковое количество – по 25 %. А 50 % людей не имеют четко выраженных пиков работоспособности в утреннее и вечернее время.
Когда включаются «биологические часы» человека и от чего это зависит? (Примерный ответ: с самого рождения человека включаются его биологические часы. Это не зависит ни от расы, ни от национальности человека, ни от каких либо других факторов.)
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;
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;
Ночная активность ежей;
Постройка гнезда птицами;
Зарывание рачков прибрежной зоны в мокрый песок;
Ритм дыхания у человека;
Набухание почек у растений;
Образование плодов и семян у растений;
Активизация сокодвижения у березы в апреле;
Смена поколений у насекомых (яйцо – личинка – куколка – взрослое насекомое)