Реферат: Физический импринт
Танец медоносных пчел, являющийся по сути дела своеобразным языком, непосредственно определяется гравитацией. Пчела после сбора пищи на цветах возвращается в улей и сообщает другим членам сообщества об источнике пищи. Указание направления к нему основывается на информации, полученной с помощью трех сенсорных процессов: 1) зрения; 2) чувства времени, определяемого внутренними биологическими часами; 3) восприятия силы гравитации с помощью сенсорных органов.
Эти органы расположены в двух областях: один между головой и грудью, другой между грудью и брюшком. Когда пчела прилетает к затененному улыю, где не видно солнца, она переводит собранную в полете информацию на язык, использующий направление силы тяжести, а именно — горизонтальное направление полета относительно положения солнца изображается как направление танца в вертикальной плоскости относительно оси гравитации. Пчела в своем танце поднимается вверх, проявляя так называемый отрицательный геотаксис. Расстояние до источника пищи обозначается длительностью колебательных движений во время танца.
Упомянутые выше органы действительно функционируют как рецепторы гравитации: это показал анализ поведения пчел после перерезки соответствующих нервов. Такие пчелы полностью утрачивали способность к ориентированному танцу в улье.
Подобную способность к преобразованию ориентации на освещение в направление относительно силы тяжести обнаруживают и другие виды насекомых: муравьи и жуки. Существуют и различия в этом отношении между видами, показывающие, что механизмы восприятия гравитации у них неодинаковы. Эти наблюдения и опыты свидетельствуют о влиянии гравитации на поведение животных.
Свет и электромагнитное излучение
Спектр электромагнитного излучения весьма широк — он простирается от компонентов космических лучей до радиоволн. Видимый свет занимает узкую полосу в средней области спектра. Во Вселенной существуют два вида равномерно рассеянного излучения: рентгеновы лучи и микроволны. Рентгеновы лучи наполняют Вселенную диффузным свечением равной интенсивности во всех направлениях. Столь же равномерно распределены в пространстве и микроволны. Напротив, лучи видимой, ультрафиолетовой, инфракрасной и радиоволновой областей электромагнитного спектра в основном испускаются небесными телами: звездами и галактиками.
Микроволновое свечение считают реликтом Большого Взрыва, происшедшего при возникновении Вселенной. Происхождение фона рентгеновых лучей труднее поддается объяснению, но возможным их источником могут быть отдаленные квазары. Последние представляют собой нвазизвездные объекты, которые в отличие от обычных звезд являются источниками интенсивных радиоволн и отдаляются от Земли с огромными скоростями.
Эти виды излучений уже присутствовали во Вселенной в период появления организованных форм жизни, и следует поэтому считать, что они внесли вклад в становление этих форм.
Фотоморфогенез
Путь к пониманию фотоморфогенеза открыло изучение светочувствительности семян латука. Семена эти прорастают при непродолжительным облучении их красным светом, но последующее действие на них света крайнего красного участка спектра предотвращает прорастание. По-видимому, в семенах содержится фоторецептор, принимающий одну из двух конформаций; при одной он поглощает свет в окрестности 660 нм, а при другой — в крайней красной области спектра. Оказалось, что именно к такому внутримолекулярному переходу способен фитохром, существующий в двух альтернативных формах.
Система фитохрома регулирует широкую группу реакций различных растительных организмов: водорослей, мохообразных, папоротниковых, голосеменных и покрытосеменных. Из таких реакций можно отметить: появление листвы, удлинение междоузлия стебля, появление зачатков корней, прорастание спор.
Для осознания того, что эволюцию детерминируют чисто физические факторы, важен следующий экспериментальный факт: эффекты светопоглощения в узких спектральных полосах проявляются не только в виде биологических реакций органов, но могут наблюдаться также на клеточном и молекулярном уровнях. К числу фотоморфогенетических реакций относятся также: подвижность хлоропластов, синтез ферментов, синтез антоцианина, изменения проницаемости мембран. Именно этн четыре вида процессов играют решающую роль в клеточной дифференцировке и эволюции.
Растительные ткани способны проводить свет.
Было показано, что этиолированные ткани ряда растений функционируют подобно пучкам оптических волокон и способны проводить когерентные световые лучи на расстояние не менее 20 мм. Свет при этом распространяется вдоль тканей, претерпевая полное внутреннее отражение. Это показано для фасоли золотистой, овса, кукурузы. Даже кратковременное освещение кончика колеоптиля овса обычным светом может индуцировать морфогенез задолго до появления ростка из почвы. Проводят свет сами клетки, а не ^клеточные стенки.
Как стало известно с некоторых пор, достаточно освещать один только лист при определенных условиях, чтобы повлиять на все растение. Теперь можно объяснить это явление обнаруженными светопроводящими свойствами растительных тканей.
Растения способны «видеть» свет.
Физиологи растений были вынуждены признать, что растения способны «видеть». Бьерн подробно обсуждал сходства и различия растений и животных с этой точки зрения. Его работа озаглавлена: «Как растения видят». У растений нет ни глаз, ни нервной системы, но они обладают хорошо развитым «зрением». Животные с помощью зрения обнаруживают пищу, тогда как для растений свет сам по себе служит источником пищи. Различия же зрения животных и «зрения» растений заключаются в следующем.
Животные и человек с помощью зрения определяют положение предметов и наблюдают за их передвижением, но не очень успешно оценивают интенсивность света и его спектральный состав. Растения же получают с помощью зрения информацию четырех видов: 1) интенсивность света; 2).периодичность освещения; 3) спектральный состав света; 4) преимущественное направление его распространения.
Основной функцией хлорофилла является его участие в фотосинтезе, но он играет роль и в определении интенсивности света. Он влияет на открывание и закрывание устьиц на поверхности листа. Для оценки периодичности освещения растения используют фитохром. Другое соединение — криптохром — дает растению возможность улавливать направление лучей света. Его спектральный состав оценивается с помощью фико-цианина и аллофикоцианина.
Фотопериодизм и регуляция размножения у растений
Явление фотопериодизма открыли Гарнер и Аллард. Соотношение длительности светлого и темного периодов суток определяет время цветения. По реакции на долготу дня выделяют три группы растений: растения короткого, длинного и нормального дня. Основная роль фотопериодизма заключается в инициации цветения — явления, имеющего решающее значение для воспроизведения вида. Кроме начала цветения фотопериодизм влияет и на другие процессы. Долгие дни способствуют росту корней георгина и побегов земляники.
Таким образом, размножением и ростом растений управляет простой физический фактор — свет.
Фотопериодизм регулирует размножение у животных.
Продолжительность светового дня влияет на ряд сезонных физиологических реакций у беспозвоночных и позвоночных, включая млекопитающих. Длинные дни стимулируют окукливание у галлиц, откладывание яиц в диапаузе у шелковичного червя и созревание гонад у различных видов ящериц, птиц и млекопитающих.
Короткие дни стимулируют развитие тли из оплодотворенных яиц, течку у ряда млекопитающих. С продолжительностью дня связывают также миграцию птиц, зимнюю спячку животных, изменение окраски волосяного покрова у млекопитающих. Итак, свет обусловливает репродуктивные процессы и у высокоорганизованных существ — млекопитающих.
Температуру ощущают и растения, и животные.
Пшеница — как озимая, посеянная осенью, так и яровая, посеянная весной, — зацветает следующим летом. Однако озимые пшеница или рожь, посеянные весной, не цветут. Установлено, что необходимым условием для цветения этих зерновых является пребывание их при низкой температуре во время прорастания или последующего развития.
Позднее было показано, что обработку холодом, требующуюся семенам озимой пшеницы, можно проводить искусственно непосредственно перед весенним севом. Этот прием, именуемый яровизацией, выгоден экономически. Он иллюстрирует решающее влияние температуры на развитие растений и на клеточную дифференцировку. После яровизации всем формирующимся в дальнейшем тканям передается новое физиологическое состояние. Оно не утрачивается при последующих клеточных делениях.
У животных имеются специализированные клетки, чувствительные к температуре, — терморецепторы. Одни из них находятся на поверхности тела и дают информацию о температуре среды; другие расположены во внутренних органах и управляют механизмами, регулирующими температуру тела у млекопитающих и птиц. Гремучая змея способна обнаруживать тепловое излучение мыши на расстоянии 40 см от нее, если температура тела мыши на 10° выше, чем температура среды.