акклиматизация
Биологическая адаптация к новым климатическим условиям

Акклиматизация или акклиматизация (также называемая акклиматизацией или приспособляемостью ) — это процесс, в котором отдельный организм приспосабливается к изменению окружающей среды (например, к изменению высоты, температуры, влажности, фотопериода или pH ), что позволяет ему поддерживать форму в различных условиях окружающей среды. Акклиматизация происходит в течение короткого периода времени (от нескольких часов до нескольких недель) и в течение жизни организма (по сравнению с адаптацией , которая является эволюцией, происходящей на протяжении многих поколений). Это может быть дискретным явлением (например, когда альпинисты акклиматизируются к большой высоте в течение нескольких часов или дней) или может представлять собой часть периодического цикла, например, когда млекопитающее сбрасывает тяжелую зимнюю шерсть в пользу более легкой летней шерсти. Организмы могут корректировать свои морфологические, поведенческие, физические и/или биохимические черты в ответ на изменения окружающей среды. [1] Хотя способность акклиматизироваться к новым условиям была хорошо документирована у тысяч видов, исследователи до сих пор очень мало знают о том, как и почему организмы акклиматизируются именно так, как они это делают.

Имена

Существительные acclimatization и acclimatation (и соответствующие глаголы acclimatize и acclimate ) широко рассматриваются как синонимы [2] [3] [4] [ 5] [6] [7] как в общей лексике [2] [3] [4] [5] , так и в медицинской лексике. [6] [7] Синоним acclimatation [4] [6] встречается реже, и его упоминают в меньшем количестве словарей.

Методы

Биохимический

Для поддержания производительности в различных условиях окружающей среды существует несколько стратегий, которые организмы используют для акклиматизации. В ответ на изменения температуры организмы могут изменять биохимию клеточных мембран, делая их более текучими при низких температурах и менее текучими при высоких температурах, увеличивая количество мембранных белков . [8] В ответ на определенные стрессоры некоторые организмы экспрессируют так называемые белки теплового шока , которые действуют как молекулярные шапероны и уменьшают денатурацию , направляя сворачивание и повторное сворачивание белков. Было показано, что организмы, которые акклиматизировались к высоким или низким температурам, демонстрируют относительно высокие уровни покоя белков теплового шока, так что когда они подвергаются воздействию еще более экстремальных температур, белки становятся легкодоступными. Экспрессия белков теплового шока и регуляция текучести мембран — это всего лишь два из многих биохимических методов, которые организмы используют для акклиматизации к новым условиям.

Морфологический

Организмы способны изменять несколько характеристик, связанных с их морфологией , чтобы поддерживать производительность в новых условиях. Например, птицы часто увеличивают размер своих органов, чтобы увеличить свой метаболизм. Это может принимать форму увеличения массы органов питания или органов, вырабатывающих тепло, таких как грудные (последнее более последовательно у разных видов [9] ). [10]

Теория

Хотя способность к акклиматизации была задокументирована у тысяч видов, исследователи до сих пор очень мало знают о том, как и почему организмы акклиматизируются именно так, как они это делают. С тех пор, как исследователи впервые начали изучать акклиматизацию, подавляющей гипотезой было то, что вся акклиматизация служит для повышения производительности организма. Эта идея стала известна как гипотеза полезной акклиматизации . Несмотря на такую ​​широкую поддержку гипотезы полезной акклиматизации, не все исследования показывают, что акклиматизация всегда служит для повышения производительности ( см. гипотеза полезной акклиматизации ). Одним из главных возражений против гипотезы полезной акклиматизации является то, что она предполагает отсутствие затрат, связанных с акклиматизацией. [11] Однако, вероятно, будут затраты, связанные с акклиматизацией. К ним относятся затраты на восприятие условий окружающей среды и регулирование реакций, создание структур, необходимых для пластичности (например, энергетические затраты на экспрессию белков теплового шока ), и генетические затраты (например, связь генов, связанных с пластичностью, с вредными генами). [12]

Учитывая недостатки гипотезы полезной акклиматизации, исследователи продолжают поиск теории, которая будет подкреплена эмпирическими данными.

Степень, в которой организмы способны акклиматизироваться, определяется их фенотипической пластичностью или способностью организма изменять определенные черты. Недавние исследования в области изучения способности к акклиматизации были в большей степени сосредоточены на эволюции фенотипической пластичности, а не на реакциях акклиматизации. Ученые полагают, что когда они больше узнают о том, как организмы развили способность к акклиматизации, они лучше поймут акклиматизацию.

Примеры

Растения

Многие растения, такие как клены , ирисы и томаты , могут выдерживать отрицательные температуры, если температура постепенно падает все ниже и ниже каждую ночь в течение нескольких дней или недель. То же самое падение может убить их, если оно произошло внезапно. Исследования показали, что растения томатов, которые были акклиматизированы к более высокой температуре в течение нескольких дней, были более эффективны в фотосинтезе при относительно высоких температурах, чем растения, которым не дали акклиматизироваться. [13]

У орхидеи Phalaenopsis фенилпропаноидные ферменты усиливаются в процессе акклиматизации растения при разных уровнях потока фотосинтетических фотонов. [14]

Животные

Животные акклиматизируются разными способами. Овцы отращивают очень густую шерсть в холодном, влажном климате. Рыбы способны лишь постепенно приспосабливаться к изменениям температуры и качества воды. Тропические рыбы, продаваемые в зоомагазинах, часто хранятся в акклиматизационных пакетах до тех пор, пока этот процесс не завершится. [15] Лоу и Вэнс (1995) смогли показать, что ящерицы, акклиматизированные к теплым температурам, могут поддерживать более высокую скорость бега при более теплых температурах, чем ящерицы, не акклиматизированные к теплым условиям. [16] Плодовые мушки, которые развиваются при относительно более низких или более высоких температурах, обладают повышенной устойчивостью к холоду или жаре во взрослом возрасте соответственно ( см. Пластичность развития ). [17]

Люди

Содержание соли в поте и моче уменьшается по мере того, как люди акклиматизируются к жарким условиям. [18] Также изменяются объем плазмы, частота сердечных сокращений и активация капилляров. [19]

Акклиматизация к большой высоте продолжается в течение месяцев или даже лет после первоначального подъема и в конечном итоге позволяет людям выживать в среде, которая без акклиматизации убила бы их. Люди, которые постоянно мигрируют на большую высоту, естественным образом акклиматизируются к своей новой среде, развивая увеличение количества эритроцитов для увеличения кислородной емкости крови , чтобы компенсировать более низкие уровни потребления кислорода . [20] [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ (2009) «Акклиматизация» (б.д.) Несокращенная энциклопедия Хатчинсона Получено 5 ноября 2009 г. с сайта http://encyclopedia.farlex.com/acclimatization
  2. ^ ab Oxford Dictionaries , Oxford Dictionaries Online, Oxford University Press, архивировано с оригинала 16 мая 2001 г.
  3. ^ ab Merriam-Webster , Merriam-Webster's Collegiate Dictionary, Merriam-Webster, заархивировано из оригинала 10 октября 2020 г. , извлечено 31 января 2017 г.
  4. ^ abc Merriam-Webster , Несокращенный словарь Merriam-Webster, Merriam-Webster, заархивировано из оригинала 25 мая 2020 г. , извлечено 31 января 2017 г.
  5. ^ ab Houghton Mifflin Harcourt, The American Heritage Dictionary of the English Language, Houghton Mifflin Harcourt, архивировано из оригинала 25 сентября 2015 г. , извлечено 31 января 2017 г.
  6. ^ abc Elsevier , Иллюстрированный медицинский словарь Дорланда, Elsevier.
  7. ^ ab Wolters Kluwer , Медицинский словарь Стедмана, Wolters Kluwer.
  8. ^ Лос ДА, Мурата Н. (2004). «Текучесть мембран и ее роль в восприятии сигналов окружающей среды». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 0666 (1–2): 142–157. doi :10.1016/j.bbamem.2004.08.002. PMID  15519313.
  9. ^ Ликнес, Эрик Т.; Свонсон, Дэвид Л. (2011). «Фенотипическая гибкость состава тела, связанная с сезонной акклиматизацией у воробьиных птиц». Журнал тепловой биологии . 36 (6): 363–370. doi :10.1016/j.jtherbio.2011.06.010. ISSN  0306-4565.
  10. ^ Маккечни, Эндрю Э. (2008). «Фенотипическая гибкость в скорости основного обмена веществ и меняющийся взгляд на физиологическое разнообразие птиц: обзор». Журнал сравнительной физиологии B. 178 ( 3): 235–247. doi :10.1007/s00360-007-0218-8. ISSN  0174-1578. PMID  17957373. S2CID  28481792.
  11. ^ Ангиллетта, М. Дж. (2009). Тепловая адаптация: теоретический и эмпирический синтез. Oxford University Press, Оксфорд.
  12. ^ DeWitt, Thomas J.; Sih, Andrew; Wilson, David Sloan (1 февраля 1998 г.). «Цены и пределы фенотипической пластичности». Trends in Ecology & Evolution . 13 (2): 77–81. doi :10.1016/S0169-5347(97)01274-3. PMID  21238209.
  13. ^ Камехо, Дайми; Марти, Мария дель К.; Николас, Эмилио; Аларкон, Хуан Х.; Хименес, Ана; Севилья, Франциска (2007). «Реакция изоферментов супероксиддисмутазы в растениях томата (Lycopersicon esculentum) во время термоакклиматизации фотосинтетического аппарата». Физиология Плантарум . 131 (3). Уайли: 367–377. дои : 10.1111/j.1399-3054.2007.00953.x. ISSN  0031-9317. ПМИД  18251876.
  14. ^ Али, Мохаммад Бабар; Хатун, Серида; Хан, Ын-Джу; Пэк, Ки-Ёуп (29 сентября 2006 г.). «Усиление фенилпропаноидных ферментов и лигнина в орхидее фаленопсис и их влияние на акклиматизацию растений при различных уровнях потока фотосинтетических фотонов». Регулирование роста растений . 49 (2–3). Springer Science and Business Media LLC: 137–146. doi :10.1007/s10725-006-9003-z. ISSN  0167-6903. S2CID  26821483.
  15. ^ «Акклиматизация рыб».
  16. ^ Lowe CH, Vance VJ (1955). «Акклиматизация критического термического максимума рептилии Urosaurus ornatus ». Science . 122 (3158): 73–74. Bibcode : 1955Sci...122...73L. doi : 10.1126/science.122.3158.73. PMID  17748800.
  17. ^ Slotsbo, Stine; Schou, Mads F.; Kristensen, Torsten N.; Loeschcke, Volker; Sørensen, Jesper G. (1 сентября 2016 г.). «Обратимость пластичности развития к теплу и холоду асимметрична и имеет долгосрочные последствия для термоустойчивости взрослых особей». Journal of Experimental Biology . 219 (17): 2726–2732. doi : 10.1242/jeb.143750 . ISSN  0022-0949. PMID  27353229.
  18. ^ "Руководство по акклиматизации к теплу" (PDF) . Армия США. Архивировано из оригинала (PDF) 2 июля 2007 г. . Получено 2 июля 2009 г. .
  19. ^ "Акклиматизация к жаре". www.sportsci.org . Получено 3 декабря 2017 г. .
  20. ^ Muza, SR; Fulco, CS; Cymerman, A (2004). «Руководство по акклиматизации на высоте». Технический отчет отдела термальной и горной медицины Исследовательского института армии США по вопросам экологической медицины (USARIEM–TN–04–05). Архивировано из оригинала 23 апреля 2009 г. Получено 5 марта 2009 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  21. ^ Кеннет Бейли; Алистер Симпсон. «Калькулятор кислорода на высоте». Apex (Экспедиции по физиологии высоты). Архивировано из оригинала 11 июня 2017 г. Получено 10 августа 2006 г.- Модель физиологии высот
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Acclimatization&oldid=1248735263"