На грани жизни - Веселин Денков

Водяные улитки прудовики тоже впадают в состояние зимней спячки — большинство из них зарывается в ил на дне водоема, в котором они обитают.

Где зимуют раки?

Всем известна популярная в народе угроза: «Я тебе покажу, где раки зимуют!» Предполагают, что эта поговорка появилась во времена крепостного права, когда помещики, наказывая провинившихся крепостных мужиков, заставляли их ловить раков зимой. Между тем известно, что это почти невозможно, так как раки зимуют, глубоко зарывшись в ямы на дне водоемов.

С точки зрения систематики класс ракообразных (Crustacea) подразделяется на два подкласса — высшие и низшие ракообразные.

Из высших ракообразных (Malacostraca) речной, болотный и озерный раки впадают в состояние зимней спячки, при этом обычно самцы зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки — в одиночку в норках, причем они еще в ноябре приклеивают к своим коротким ножкам оплодотворенные яйца (от 50 до 500 шт.), из которых лишь в июне вылупятся рачки величиной с муравья.

Из низших ракообразных (Entomostraca) интерес представляют водяные блохи (род Daphnia), которые откладывают в зависимости от условий два вида яиц — летние и зимние. Зимние яйца имеют прочную оболочку и образуются при наступлении неблагоприятных условий жизни. Они проходят в теле водяной блохи только самые первые стадии своего развития. После этого их развитие прекращается на некоторый период, который может длиться даже несколько месяцев. Для некоторых видов низших ракообразных высыхание и даже замерзание яиц являются необходимым условием для продолжения их развития.

Диапауза у насекомых

По многочисленности видов насекомые (класс Insecta) превосходят все остальные классы, вместе взятые. Их температура тела зависит от окружающей среды, оказывающей сильное воздействие на скорость жизненных процессов, причем низкие температуры в значительной степени уменьшают эту скорость. Например, установлено, что при температуре 0 °C дыхание подавляется, в то время как скорость окислительных процессов у большинства видов насекомых уменьшается приблизительно в 10–15 раз по сравнению со скоростью при 20 °C. При отрицательных температурах сильно замедляется или практически останавливается все развитие насекомого. Это анабиотическое состояние, известное под названием «диапауза», представляет собой обратимую остановку процессов развития и вызывается внешними факторами. Диапауза наступает при возникновении неблагоприятных для жизни условий и продолжается всю зиму, пока с наступлением весны условия не станут более благоприятными. Некоторые виды насекомых способны переносить очень низкие температуры, например, гусеницы лугового мотылька переносят температуру до -30 °C.

Наступление зимнего сезона застает разные виды насекомых на различных стадиях их развития, в которых они и зимуют — в виде яиц, личинок, куколок или взрослых форм, но обычно каждый отдельный вид впадает в диапаузу на определенной стадии своего развития. Так, например, семиточечная божья коровка и малярийный комар зимуют во взрослом состоянии, а некоторые насекомые — на стадии куколки. Другие виды насекомых зимуют на стадии личинок, третьи — на стадии яиц. Некоторые, например домашние мухи, зимуют в форме личинок, куколок (в навозных кучах) и во взрослом состоянии.

Тли откладывают летом яйца, не защищенные прочной оболочкой, которые сразу же начинают развиваться партеногенетически (т. е. не будучи оплодотворенными). Это продолжается на протяжении нескольких поколений, развивающихся в течение летнего сезона и состоящих только из партеногенетических самок. Однако осенью появляются самки, откладывающие яйца только после оплодотворения их появившимися к этому времени самцами. Эти яйца имеют прочную скорлупу и приспособлены к тому, чтобы переносить неблагоприятный зимний сезон.

Характерно, что зимовке насекомых предшествует определенная физиологическая подготовка их организма, состоящая из накопления в их тканях свободного глицерина, который не допускает замерзания[4]. Это происходит на той стадии развития насекомого, в которой они будут зимовать. Такая подготовка необходима как для сильного замедления обмена веществ, так и прежде всего для обезвоживания организма (при замерзании воды кристаллы льда разрушили бы ткани и стали бы причиной смерти насекомого).

Еще с наступлением первых признаков похолодания осенью насекомые находят удобные убежища (под камнями, под корой деревьев, под опавшей листвой, в норках в почве и пр.), где после снегопада сохраняется умеренно низкая и равномерная температура.

Продолжительность диапаузы у насекомых находится в прямой зависимости от запасов жира в организме. У некоторых видов насекомых, у которых диапауза продолжается всю зиму, а также часть осени и весны, этот запас достигает более 18 % веса тела, в то время как у других (например, у медоносных пчел), он не превышает 1,5–2 %. Пчелы не впадают в продолжительную диапаузу, но все же при температуре от 0 до 6 °C оцепеневают и в этом состоянии могут находиться 7–8 дней. При более низкой температуре они погибают.

Интересно и то, как насекомые точно определяют момент, когда им следует выйти из анабиотического состояния. Известно, что для млекопитающих увеличение продолжительности дня весной и повышение температуры означает прекращение зимовки. Неизвестно, однако, на что именно реагируют насекомые. Два ученых из Корнуэльского университета (штат Нью-Йорк) поставили себе задачу изучить сезонную реакцию у двух видов насекомых из рода златоглазок (Chrysopa). Несмотря на то, что в природных условиях они выходят из диапаузы приблизительно в одно и то же время, эти виды по-разному реагировали на изменяющуюся продолжительность дня. Один из видов зеленых златоглазок вышел из состояния диапаузы вскоре после того, как их начали искусственно освещать в лаборатории. Продолжительность дневного света (12–14 ч) стимулировала переход из состояния личинки (диапауза) в состояние куколки. Это соответствовало продолжительности дня в марте, когда в естественных условиях диапауза завершается. Если продолжительность дня не достигала этого критического показателя, насекомые вообще не завершали диапаузу. Другой вид зеленых златоглазок реагировал совсем иначе, хотя конечный результат был тот же. Очевидно, второй вид не зависел от определенной продолжительности дня, чтобы выйти из диапаузы, но скорость, с которой он выходил из этого состояния, зависела от продолжительности дня. Насекомым, взятым из их естественной среды в конце декабря, понадобилось 90 дней, чтобы выйти из диапаузы в естественных условиях. При постоянном режиме — 12 ч дневного света и 12 ч темноты — им оказались необходимы 78 дней; при 13 ч дневного света и 11 ч темноты — понадобилось почти 22 дня; при 14 ч света и 10 ч темноты — 17 дней. Когда же продолжительность дня увеличивали до 15 ч, насекомые выходили из диапаузы уже через 14 дней. Мнение ученых свелось к тому, что в естественных условиях диапауза завершается постепенно с нарастанием продолжительности дня в конце зимы и насекомые становятся снова вполне активными ранней весной.

Советский ученый Н. И. Калабухов исследовал анабиоз у некоторых видов бабочек. Он установил, что продолжительность диапаузы у отдельных видов различная. Например, бабочка павлиний глаз пребывала в состоянии анабиоза 166 дней при температуре 5,9 °C, в то время как тутовому шелкопряду понадобилось 193 дня при температуре 8,6 °C. По мнению ученого, даже различия в географическом районе оказывают влияние на продолжительность диапаузы.

Впадают ли в зимнюю спячку рыбы?

Своеобразным путем приспосабливаются к низким температурам воды зимой и некоторые виды обширного класса рыб (Pisces). Обычная температура тела у рыб непостоянна и соответствует температуре воды или слегка ее превышает (на 0,5–1 °C). При внезапном резком понижении температуры воды рыбы впадают в шоковое состояние. После краткой фазы возбуждения они

перестают дышать, плавать и выглядят как мертвые. Достаточно, однако, чтобы вода потеплела, и они быстро «оживают».

Значительное уменьшение обмена веществ у рыб при понижении температуры воды издавна привлекало внимание ученых. Установлено, что некоторые виды рыб оживают после того, как их заморозили, тогда как другие виды погибают еще до того, как температура воды достигла точки замерзания. Описаны случаи замерзания некоторых видов колюшек, на которых проводились опыты. Лед разбил сосуд, в котором находились рыбы, но после размораживания они продолжали плавать, словно ничего и не случилось.

Опыты показали, что замороженные рыбы оживают лишь в тех случаях, когда не замерзли их кровеносные сосуды. Особенно много в этой области работал советский ихтиолог Бородин. В результате ряда исследований он пришел к заключению, что если рыбы замерзнут в воде, то они безвозвратно погибнут. При замораживании на воздухе они могут ожить, но лишь в том случае, если замораживание распространяется только на их поверхностные ткани. Губительным для рыб оказалось не само охлаждение, а образование в их крови и тканях кристалликов льда, повреждающих стенки кровеносных сосудов. Другие исследования показали, что если рыба замерзает на воздухе, то она может известное время жить за счет запасов кислорода в своем плавательном пузыре. Доказано, что предположение о том, что замерзшие рыбы дышат с помощью жабр, лишено оснований.