Териология с элементами промысловой териологии Лекция 7

Териология (с элементами промысловой териологии) Лекция 7 • Адаптации млекопитающих к сезонным явлениям § § § Сезонные изменения среды обитания Зимняя и летняя спячка Изменения мехового покрова – линька Изменения производных кожи Миграции млекопитающих Рожнов В. В. Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН

Адаптации к сезонным изменениям среды Что подразумевается под «сезонными изменениями» среды обитания? • • • Климатические изменения (температура, влажность, давление) Изменения структуры субстрата (снег) Изменения обилия и доступности корма Возможные стратегии переживания сезонных изменений среды обитания Можно: • Подождать пока сезонные изменения среды пройдут (зимняя или летняя спячка) • Адекватно измениться самому (линька) • Изменить место своего обитания (миграция)

Зимняя и летняя спячка Характеристика и типы зимней и летней спячки • • • Во время зимней или летней спячки все физиологические процессы замедляются Во время зимней или летней спячки животные способны переживать крайне неблагоприятные условия (например, охлаждение до – 7 o. C) Способность впадать в зимнюю или летнюю спячку определяет многие жизненные параметры (период размножения, рост и развитие и др. ) Градация типов зимней спячки по ее глубине • Факультативная спячка (зимний сон) – состояние сравнительно легкого оцепенения, сон не сопровождающееся существенным снижением температуры тела и легко прерываемое (медведи, барсуки, скунсы, енотовидные собаки) • Настоящая спячка, периодически прерываемая – состояние более или менее глубокого оцепенения с понижением температуры тела, но с сохранением способности пробуждаться и короткое время бодрствовать среди зимы (хомяки, бурундуки, ушаны) • Настоящая сезонная непрерывная спячка – глубокое оцепенение с сильным понижением температуры тела, длящееся всю зиму без перерывов (ежи, сурки, суслики, мышовки, тушканчики, сони, часть видов летучих мышей)

Зимняя и летняя спячка Характеристика и типы зимней и летней спячки: примеры Настоящая Myoxus glis Marmota monax Spermophilus suslicus Факультативная Ursus arctos Thalarctos maritimus

Зимняя и летняя спячка Зимоспящие млекопитающие Insectivora (ежи) Carnivora (барсуки) Chiroptera Carnivora (медведи)

Зимняя и летняя спячка Зимоспящие млекопитающие Sciuridae (суслики) Myoxidae Sciuridae (бурундуки) Dipodidae Sciuridae (сурки)

Зимняя и летняя спячка Летнеспящие млекопитающие Некоторые Sciuridae Tenrecidae Некоторые Myoxidae (Myomimus)

Зимняя и летняя спячка Норы зимоспящих млекопитающих: устройство Соня Myoxus glis Бурый медведь Ursus arctos

Зимняя и летняя спячка Норы зимоспящих млекопитающих: устройство Зимовочная пещера ямайского воронкоуха Natalus micropus (Natalidae)

Зимняя и летняя спячка Норы зимоспящих млекопитающих: глубокое залегание Cricetus cricetus летняя камера зимняя камера Spermophilus pygmaeus новый ход старый ход

Зимняя и летняя спячка Норы зимоспящих млекопитающих: неглубокое залегание Летняя гнездовая камера Место спячки Толстохвостый тушканчик Pygerethmus platyurus

Зимняя и летняя спячка Норы зимоспящих млекопитающих: обитатели вечной мерзлоты Берингийский суслик Spermophilus parryii

Адаптации к сезонным изменениям среды Норы зимоспящих млекопитающих: обитатели гор Spermophilus undulatus Spermophilus columbianus Спасательные камеры

Зимняя и летняя спячка Норы зимоспящих млекопитающих: температурный режим Внешняя температура и температура гнездовой камеры у тарбагана Marmota sibirica

Зимняя и летняя спячка Поза во время зимнего сна Spermophilus parryii Erinaceus europeus Поза, принимаемая животным во время зимнего сна, направлена на уменьшение теплопотерь Muscardinus avellanarius

Зимняя и летняя спячка Что происходит с организмом зимующего во время зимней спячки? • • Все метаболические процессы замедляются; в результате: Ø падает температура тела Ø уменьшается скорость кровообращения Ø замедляется дыхание Ø уменьшается потребление O 2 Ø уменьшается выделение CO 2 Обычно прекращается питание и уменьшается масса тела; следовательно, млекопитающие должны накопить энергетические ресурсы до впадения в зимнюю спячку

Зимняя и летняя спячка Физиологические процессы во время спячки Температура тела (Cº) у некоторых видов мелких млекопитающих в активный период и во время зимней спячки 1 2 3 Вид 1. Myotis emarginatus 2. Erinaceus europeus 3. Marmota bobak 4. Spermophilus suslicus 5. Spermophilus pygmaeus 6. Cricetus cricetus 7. Muscardinus avellanarius 8. Glis glis 4 5 Активный период 37. 9 33. 7 -35. 0 36. 0 -38. 0 37. 6 -39. 5 35. 0 -38. 7 37. 8 -39. 3 38. 0 36. 8 -38. 1 6 Зимняя спячка 0. 1 1. 8 -4. 3 4. 6 -7. 6 1. 8 -20 0. 7 -1. 5 4. 0 -5. 6 3. 0 3. 7 7 8

Зимняя и летняя спячка Физиологические процессы во время спячки Изменение частоты сердцебиения у альпийского сурка Marmota marmota при разной внешней температуре Cº 25. 2º 17. 0º 16. 0º Время (сек)

Зимняя и летняя спячка Физиологические процессы во время спячки Частота дыхания у некоторых видов мелких млекопитающих в активный период и во время зимней спячки Вид Marmota sibirica Состояние Активный период Частота дыхания 20 -24 Зимняя спячка Spermophilus suslicus Активный период 32 Зимняя спячка Cricetus cricetus 2 -3 8 Активный период Зимняя спячка 100 -360 1 -15 Myotis myotis Активный период 50 Зимняя спячка Erinaceus europeus 4 -5 Активный период 96 Зимняя спячка 5 -6

Зимняя и летняя спячка Физиологические процессы во время спячки Сезонные изменения потребления O 2 (мл/кг*час) незимоспящими видами мелких млекопитающих при разной внешней температуре (Cº) Вид Mus musculus Rattus norvegicus Clethrionomys glareolus Microtus arvalis Сезон лето осень зима 5ºC 15ºC 25ºC 7445 8846 8715 2417 2388 2319 5326 5687 6736 6429 1842 1755 2120 4136 4592 3359 4789 4750 4797 3413 3850 3815 1402 1490 1651 3267 3550 3048 4120 3715 3102 3466 6392 6408 6794

Зимняя и летняя спячка Физиологические процессы во время спячки Некоторые параметры экскреторных функций бурого медведя Ursus arctos в активный период и во время зимней спячки Параметр Период наполнения мочевого пузыря Объем мочи Содержание азота Содержание мочевины Содержание аммиака Активный период Зимняя спячка 24 часа 2080 мл 34. 0 г 55. 05 г 1. 78 г 4. 5 месяцев 181 мл 1. 43 г 0. 98 г 0. 072 г

Зимняя и летняя спячка Физиологические процессы во время спячки Активность Spermophilus pygmaeus в разные сезоны в Калмыкии

Зимняя и летняя спячка Морфо-функциональные изменения во время спячки Содержание жира в теле тарбагана Marmota sibirica Месяц Молодые Годовалые Взрослые Июнь 9. 2 1. 8 3. 9 Июль 9. 5 1. 9 3. 0 Август 11. 5 4. 5 9. 3 Сентябрь 16. 5 20. 2 26. 0 - 21. 2 - Октябрь

Зимняя и летняя спячка Морфо-функциональные изменения во время спячки Сезонные изменения репродуктивной системы у Cynomys ludovicianus vesica urinaria testis epididymis ductus deferens gl. prostata vesiculus seminalis urethra Активный период Зимняя спячка

Зимняя и летняя спчка Факторы, в отношении которых доказано их влияние на зимнюю спячку • Внешняя температура ü • ü Истощение запасов корма или его высыхание ü ü • суслики сурки бурый медведь Фотопериод ü • ежи суслики ü суслики сони Состав атмосферного воздуха ü сурки Атмосферное давление ü ü ежи летучие мыши

Зимняя и летняя спячка Взгляды на сущность и происхождение феномена Две концепции, объясняющих происхождение феномена зимней спячки 1 концепция – Н. И. Калабухов (1936, 1946, 1985): Феномен зимней спячки возник в периоды похолодания Земли в четвертичном периоде и представляет собой вторичную адаптацию теплокровных животных 2 концепция – Матталер (1940), Эмме (1946): Феномен зимней спячки представляет собой палеоадаптацию, которая была у древних предков млекопитающих, а сами зимоспящие животные представляют собой группу, отставшую в развитии терморегуляции Продолжительность и глубина гибернации различаются не только у разных видов в пределах семейства, но и в пределах одного вида: черношапочный сурок впадает в наиболее глубокую спячку, у него наиболее продолжительные (2 -3 недели) периоды баутов спячки – кратковременных периодов оцепенения (арктический и длиннохвостый суслики – 10 -15 дней, бурундук – 5 -7 дней) В периоды пробуждений бурундук может питаться запасенными кормами, при наличии корма в лабораторных условиях он вообще может не впадать в спячку Даже минимальное отклонение температуры тела от оптимального минимума в сторону как понижения, так и повышения приводит к немедленному пробуждению животного Все эти данные подтверждают концепцию Н. И. Калабухова

Перерыв

Изменения мехового покрова Изменение структуры меха: плотность волос Плотность волос на 4 мм 2 у некоторых видов млекопитающих Лето. Брюхо Зима. Брюхо Плотность волос Лето. Спина Зима. Спина Sorex araneus Sorex minutus Talpa europea Clethrionomys glareolus Microtus oeconomus

Изменения мехового покрова Изменение структуры меха: плотность волос Горностай Mustela erminea У хищных зверей новый волос развивается из фолликула старого волоса Поэтому число волос на единицу площади кожи одинаково летом и зимой Красная белка Tamiasciurus hudsonicus У грызунов часть новых волос развивается независимо Поэтому число волос на единицу площади кожи летом меньше, чем зимой

Изменения мехового покрова Изменение структуры меха: снежные «лыжи» Канадская рысь Lynx canadensis Росомаха Gulo gulo

Изменения мехового покрова Изменение окраски меха Как хищники, так и их жертвы в течение года меняют окраску своего меха Песец Alopex lagopus Американский заяц-беляк Lepus americanus

Изменения мехового покрова Скорость линьки Быстрая Необходимость уменьшить период невозможности плавать Северный морской слон Mirounga angustirostris Медленная Необходимость сохранить средства защиты Североамериканский дикобраз Erethizon dorsatum

Изменения мехового покрова Число линек в течение года Два раза в году (весна и осень) – у большинства видов млекопитающих Vulpes vulpes Talpa europea Panthera tigris Три раза в году (весна, лето и осень) – у видов, ведущих подземный образ жизни (для компенсации стирания меха) Leptonypchotes weddelli Muscardinus avellanarius Один раз в году (лето) – у зимоспящих и морских млекопитающих

Изменения мехового покрова Последовательность линьки Красная белка Tamiasciurus hudsonicus Весна Осень

Изменения мехового покрова Последовательность линьки Весна Осень Lepus sp.

Изменения мехового покрова Линька, связанная с возрастом Гепард Acinonyx jubatus Гренландский тюлень Phoca groenlandica Пума Felis concolor

Изменения производных кожи Изменение когтей у лемминга Dicrostonyx groenlandicus Лето Зима

Миграции млекопитающих Типы миграций • • Периодические (связанные с климатом, питанием, размножением) Нерегулярные (обусловленные недостатком корма, связанные с плотностью популяции)

Миграции млекопитающих Периодические миграции у копытных Северный олень Rangifer tarandus

Миграции млекопитающих Периодические миграции у копытных Северный олень Rangifer tarandus Карибу мигрируют между летним и зимним участками Их летние участки (на побережье) предоставляют хороший корма, что позволяет оленятам и взрослым оленям расти здоровыми и набраться сил перед зимой Но зимой климат на летних участках более суровый и ветреный, поэтому карибу уходят на зимние участки (в лесу), где условия (погода, корм, снежный покров) более подходящие

Миграции млекопитающих Сопряженные миграции Периодические миграции северного оленя сопровождаются миграциями песца

Миграции млекопитающих Сопряженные миграции Периодические миграции импала сопровождаются миграциями хищников Импала Aepyceros melampus Импала мигрируют из горных районов на равнину в дождливый сезон и с равнины в горные районы в сухой сезон Их миграция сопровождается миграцией хищников, следующих за этими антилопами

Миграции млекопитающих Периодические миграции у рукокрылых Некоторые летучие мыши мигрируют из умеренной зоны к югу, как это делают птицы Часто они мигрируют вместе с птицами

Миграции млекопитающих Периодические миграции у китообразных Южный кит Eubalaena glacialis Южный кит проводит весну, лето и осень на нагуле в высоких широтах, а зимой мигрирует к югу в теплые воды для спаривания и рождения детенышей Северная и южная популяции не смешиваются из-за асинхронности сезонов в полушариях Известные места размножения Покинутые или возможные места размножения Зоны миграций Вероятные пути миграций Возможные пути миграций, слабые популяции

Миграции млекопитающих Периодические миграции у китообразных Серый кит Eschrichtius robustus

Миграции млекопитающих Периодические миграции у китообразных Серый кит Eschrichtius robustus

Миграции млекопитающих Периодические миграции у ластоногих Северный морской лев Zalophus californianus Северные морские львы мигрируют дважды в году от Южной Калифорнии к местам нагула в Северной Пацифике Первая миграция продолжается 73 -124 дня, вторая – 126 -234 дня Самцы остаются в открытом океане около 250 дней в году и проплывают в среднем 21500 км; самки находятся в океане около 307 дней в году и проплывают в среднем 18500 км Между миграциями морские львы размножаются и линяют на Нормандских островах у южной Калифорнии Это единственная известная у животных двойная миграция в течение одного года и самая продолжительная из известных миграций у млекопитающих

Миграции млекопитающих Периодические миграции у ластоногих Морж Odobaenus rosmarus Некоторые ластоногие мигрируют к прибрежным репродуктивным лежбищам Северный морской лев Zalophus californianus

Миграции млекопитающих Нерегулярные миграции после вспышки численности Обыкновенная белка Sciurus vulgaris Норвежский лемминг Lemmus lemmus