Жануарлар экстремалды жағдайларда өмір сүруге қалай бейімделеді

Тірі организмдер біздің планетамыздың ең қолайсыз бұрыштарын игеруге таңғажайып қабілет көрсетеді. Қызған шөлдерден бастап Антарктиданың мұзды кеңістіктеріне дейін барлық жерде тіршілік қайнайды. Эволюция фауна өкілдерін қатал ортада тіршілік етудің таңғажайып механизмдерімен қамтамасыз етті. Миллиондаған жылдық табиғи сұрыпталу басқа организмдер бірнеше минутта қаза табатын жерде гүлденуге мүмкіндік беретін бірегей бейімделулерді қалыптастырды. Осы адаптацияларды зерттеу биологиялық тапқырлықтың құпияларын ашады және ғалымдарды технологиялық серпілістерге шабыттандырады. Табиғат адамзат енді ғана меңгере бастаған инженерлік міндеттердің дайын шешімдерін ұсынады.

Мұзды шөлдердің тұрғындары

Полярлық аймақтар өз тұрғындарына ең қатаң талаптар қояды. Температура минус елу градусқа дейін түседі, ал азық тек қысқа кезеңдерде ғана қолжетімді.

Арктикалық және антарктикалық тіршілік иелері қорғаныс механизмдерінің кешенін жасады:

• тері астындағы майдың қалың қабаты бір мезгілде жылу оқшаулағыш және энергетикалық қор қызметін атқарады. Итбалықтарда ол он сантиметр қалыңдыққа жетеді және дене массасының жартысына дейін құрайды. Май қабаты суықтан қатпай мұзды суда сағаттар бойы болуға мүмкіндік береді;
• ерекше құрылымды қалың жүн тері бетінде ауа жастығын ұстайды. Ақ аюдың түктері ішінен қуыс және миниатюралық жылу оқшаулағыштар ретінде жұмыс істейді. Ашық түсті жүннің астындағы қара тері күн жылуын тиімді сіңіреді;
• аяқтардағы қарсыағынды жылу алмастырғыштар бағалы энергияны жоғалтуды болдырмайды. Артериялық қан жүрекке қайтатын веналық қанға жылу береді. Ақ түлкінің табандары суық болып қалады, бірақ ішкі мүшелер оңтайлы температураны сақтайды;
• кейбір балықтардың қанындағы антифризді ақуыздар мұз кристалдарының жасушаларды бұзуына жол бермейді. Антарктиканың мұзды тріскесі тіндердің қату нүктесін төмендететін гликопротеиндер синтездейді. Мұндай заттар криоконсервация технологияларын жасау үшін зерттелуде.

Әлеуметтік мінез-құлық та қатал қыстардан аман өтуге көмектеседі. Император пингвиндері тығыз топтар құрып, даралар үнемі орын ауыстырып отырады.

Қызған шөлдердің тұрғындары

Температуралық спектрдің қарама-қарсы шеткі нүктесі кем емес күрделі мәселелер тудырады. Күндізгі ыстық су мен азық тапшылығымен үйлеседі.

Шөлдегі түрлер тіршілік етудің күрделі стратегияларын жасады:

1. Түнгі өмір салты өлімге әкелетін аптаптан аулақ болуға мүмкіндік береді. Тарбағандар мен фенектер күндізгі уақытты құмның терең астындағы салқын індерде өткізеді. Белсенділік температура қолайлы болатын күн батқаннан кейін басталады.
2. Несепті кристалдар күйіне дейін концентрациялау әрбір тамшы ылғалды үнемдейді. Кенгуру егеуқұйрықтары бір тамшы су ішпей бүкіл өмір сүре алады. Метаболикалық ылғал құрғақ тұқымдардан алынады.
3. Үлкен құлақтар артық жылуды шығаруға арналған радиаторлар қызметін атқарады. Фенектің құлақ қалқаншаларындағы қан тамырларының тығыз торы айналымдағы қанды салқындатады. Бұл мүшелердің беті денеге қатысты пропорционалды емес үлкен.
4. Ашық түс күн сәулелерін шағылыстырып, қызуды азайтады. Сахара түлкілері мен газельдері құм реңктеріне боялған. Жүннің ақ реңкі жылу энергиясының сіңірілуін азайтады.

Түйелер құрғақ климатқа бейімделулердің тұтас кешенін көрсетеді. Олардың өркештері көпшілік ойлағандай су емес, май қорларын сақтайды.

Терең су тұрғындары

Мұхит тереңдіктері экстремалды факторлардың бірегей комбинациясын ұсынады. Керемет қысым, абсолютті қараңғылық және мұздай суық километрлік тереңдіктерде билік құрады.

Терең су тіршілік иелерінің бейімделулері қиялды таң қалдырады:

• биолюминесценция мәңгі қараңғылық әлемінде күн сәулесін алмастырады. Удильщиктер жемтікті тарту үшін жарқыраған қармақ қолданады. Люциферин қатысуымен болатын химиялық реакциялар суық жарық шығарады;
• дененің желе тәрізді консистенциясы сыртқы қысымды теңестіреді. Терең судағы медузалар мен сегізаяқтар қатты құрылымдардан дерлік айырылған. Балықтарда жүзу қуығының болмауы оның жарылуын болдырмайды;
• алып көздер биолюминесценцияның аз жарығын барынша ұстайды. Үлкен көзді кальмар футбол добы өлшеміндегі көру мүшелеріне ие. Торлы қабықтың сезімталдығы адамнікінен жүздеген есе асады;
• баяулаған метаболизм азық ресурстарының сирек болуын өтейді. Сәтті аң аулау арасында жылдар өтуі мүмкін. Ұзақ ашығу қабілеті жұтаң ортада тіршілік етуді анықтайды.

Гидротермалдық көздер айналасындағы хемосинтездік экожүйелер күн энергиясынсыз өмір сүреді. Бактериялар ыстық минералды ерітінділерден қоректік заттарды алады.

Биік таулы жануарлар

Тау шыңдарының сирек атмосферасы оттегі тапшылығын тудырады. Төмен температуралар мен қарқынды ультракүлгін сәулелену бейнені толықтырады.

Биік таулардың тұрғындары ерекше бейімделулер жасады:

• өкпенің үлкейген көлемі мен эритроциттер саны оттегі тапшылығын өтейді. Яктардың гемоглобині газ молекулаларын жазық туыстарына қарағанда тиімдірек байланыстырады. Жүрек бұлшықеті қою қанды айдау үшін қуаттырақ жұмыс істейді;
• тығыз түбіттері бар қалың жүн өткір желдерден қорғайды. Қар барыстары мысықтар арасында ең ұзын және момақан жүнге ие. Кең табандар қар басқан беткейлерде шаңғы қызметін атқарады;
• ішкі мүшелердің қара пигментациясы жылу сәулелерін сіңіреді. Биік таудағы кесірткелердің қара перитонеумы күн коллекторы ретінде жұмыс істейді. Базальдық температура суық ауаға қарамастан сақталады;
• естен тану күйіне түсу қабілеті азықсыз кезде энергияны үнемдейді. Альпілік суырлар сегіз айға дейін терең ұйқыда өткізеді. Дене температурасы нөл градусқа дерлік түседі.

Тау ешкілері тік жартастарда керемет ептілік көрсетеді. Тұяқтардың ерекше құрылымы тегіс таспен ілінісуді қамтамасыз етеді.

Жер асты әлемінің экстремофилдері

Үңгір жүйелері бірегей жағдайлары бар оқшауланған экожүйелер қалыптастырады. Толық қараңғылық пен ортаның тұрақтылығы ерекше тұрғындарды жасады.

Троглобионттар миллиондаған жыл оқшаулану барысында тән белгілер алды:

1. Көздердің толық жоғалуына дейінгі редукциясы басқа сезім мүшелері үшін ресурстарды босатады. Соқыр үңгір балықтары көруді жоғалтуды дамыған бүйірлік сызықпен өтейді. Судың тербелістері жемтіктің немесе жыртқыштың жақындауы туралы хабарлайды.
2. Тері мен жабындылардың депигментациясы меланин синтезіне энергияны үнемдейді. Ақ шаяндар мен саламандралар фонарь жарығында жартылай мөлдір көрінеді. Бүркенудің қажеттілігі болмауы сұрыпталу қысымын жойды.
3. Ұзарған аяқтар мен антенналар жанасу сезімінің аймағын кеңейтеді. Үңгір шегірткелері кеңістікті алып мұрттарымен сипап біледі. Тактильді навигация көзбен бағдарлауды алмастырады.
4. Өмірлік процестердің баяулауы азық минимумында тіршілік етуге мүмкіндік береді. Техас соқыр саламандралары бірнеше жылда бір рет көбейеді. Өмір ұзақтығы жер бетіндегі түрлердің көрсеткіштерінен бірнеше есе асады.

Үңгір экожүйелері өздерінің оқшаулануына байланысты өте осал. Жер асты суларының ластануы бірегей эндемиктерге жойылу қаупін төндіреді.

Улы орталардың тұрғындары

Жер бетіндегі кейбір жерлер өмір сүру үшін мүлдем жарамсыз болып көрінеді. Қышқылды көлдер, ыстық бұлақтар мен тұзды лагуналар соған қарамастан мекенделген.

Экстремофильді организмдер улы қуыстарды игерді:

• археялар бактериялары Йеллоустонның гейзерлерінің қайнаған суында гүлденеді. Осы микробтардың термотұрақты ферменттері молекулалық биологияда қолданылады. Полимеразды тізбекті реакция термофилдерді зерттеудің арқасында мүмкін болды;
• артемия шаяндары басқа тіршілік иелерін өлтіретін тұз концентрациясы бар тұзды көлдерде мекендейді. Осы шаянтәрізділердің осморегуляциясы физиологиялық мүмкіндіктердің шегінде жұмыс істейді. Артемия цисталары су қоймасы толық кепкенде де аман қалады;
• фламинголар сүтқоректілердің терісін жеп қоятын Шығыс Африканың сілтілі көлдерінде қоректенеді. Аяқтардың мүйізденген жабындылары құстарды химиялық күйіктерден қорғайды. Арнайы бездер организмнен артық тұзды шығарады;
• помпей түтікті құрттары сексен градустан жоғары температурада гидротермалды тесіктерде мекендейді. Олардың жабындыларындағы симбиотикалық бактериялар күкіртсутекті тотықтырады. Құрттың құйрық бөлігі қайнаған суда, ал бас бөлігі салыстырмалы салқындықта болады.

Экстремофилдерді зерттеу тірі жүйелер үшін мүмкіндік шекаралары туралы түсініктерді кеңейтеді. Бұл организмдер жер сыртындағы тіршілікті қайдан іздеу керектігін ұсынады.

Мүмкін емес жағдайларға бейімделу қабілеті Жердегі тіршілікті шынымен тоқтатуға болмайтын күшке айналдырады. Әрбір экстремалды орта бұрын-соңды болмаған шешімдер туындайтын эволюция зертханасына айналады. Миллиондаған жылдық сұрыпталумен шыңдалған тіршілік ету механизмдері инженерлер мен дәрігерлерді жаңа технологиялар жасауға шабыттандырады. Антифризді ақуыздардан термотұрақты ферменттерге дейін табиғат өз өнертабыстарымен жомарттықпен бөліседі. Осы бейімделулерді түсіну біздің планетамыз биосферасының нәзіктігін және бір мезгілде таңғажайып төзімділігін түсінуге көмектеседі.