Миграция: причины возникновения и факторы стимулирования

МОСКОВСКИЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Реферата на тему:

Миграция: причины возникновения  и факторы стимулирования.

Подготовила: Татарова Елена 

2 курс 4 группа

Преподаватель: Горюнов Д. Н.           

МОСКВА

2013

Биологов давно интересуют генетические механизмы миграции животных и людей. Что заставляет птиц, насекомых, млекопитающих, в том числе и  людей, сниматься с насиженных мест и с риском для своей жизни  пускаться в дальние странствия? Почему одни это делают в связи  с изменением времён года, например птицы и бабочки, а другие, например, люди, не привязывают свою миграцию к временам года? Имеют ли общее  эволюционное происхождение эти  два варианта миграций или же они  произошли в разных ветвях эволюции независимо?

Исторически сложилось так, что этология первой начала заниматься этими вопросом. К. Лоренц в своей  книге «Агрессия (так называемое зло)» предположил, что в основе миграции лежит инстинкт внутривидовой  агрессии, одним из проявлений которого является выталкивание на периферию  из популяции наиболее неконкурентоспособных  особей, что способствует освоению новых территорий вытесненными особями  и, соответственно, имеет видосохраняющую  функцию. Несомненно, так иногда происходит, но со временем накопление и осмысление новых знаний в этологии и в  генетике, позволило предположить для  инстинкта внутривидовой агрессии катализирующую миграцию функцию, но никак  не саму причину, порождающую её. Возникло предположение, что причина миграции – инстинктивное поведение, не обусловленное  инстинктом внутривидовой агрессии. И вот, в последние годы генетиками были достигнуты определённые успехи в поисках генов кандидатов, участвующих  в образовании такого сложного поведения  как миграция. Среди птиц одно из исследований проводилось на славках-черноголовках. Ген ADCYAP1 на своём 3ʹ конце (3ʹ конец – любой фрагмент молекул ДНК и РНК имеет 5ʹ и 3ʹ концы. На 5ʹ конце всегда имеется фосфатная группа, а на 3ʹ конце гидроксильная группа.) имеет два нуклеотида, которые могут тандемно повторяться в различных аллелях* этого гена. Оказалось, что чем больше длина этого повтора, тем птица сильнее проявляет склонность к ночной активности и к миграции. Славки-черноголовки, имеющие самый короткий аллель гена, не совершают миграций, а имеющие самый длинный вариант гена, совершают самые дальние миграции. Авторы, совершившие это открытие, предполагают существование и других генов-кандидатов, работа которых вовлечена в молекулярные механизмы, отвечающие за миграцию. Чрезвычайно интересные результаты для понимания молекулярных механизмов миграции были получены группой под руководством профессора Steven M. Reppert в Массачусетском университете. Работы проводились над бабочками-монархами (Danaus plexippus). В эксперименте были использованы 10 летних (не мигрирующих) бабочек, 10 бабочек-мигрантов, 10 мигрантов, обработанных метопреном (аналог ювенильного гормона), и 10 мигрантов, обработанных контрольным веществом.  Из нейронов головного ганглия бабочек-монархов была выделена тотальная РНК, которая была подвергнута микрочипированию. Результаты микрочипирования позволили выявить 9417 различных экспрессированных* фрагментов РНК, таким образом, создав карту генной активности нейронов головного ганглия бабочек-монархов. Сравнение генных карт активности между четырьмя исследуемыми группами, позволило учёным выявить имеющиеся различия в экспрессии генов(процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК. На сегодняшний день открыто большое количество различного типа и с разными функциями РНК. Часть этой тотальной РНК (мРНК) на рибосомах транслируется в аминокислотную последовательность ) . Было показано, что у не мигрирующих бабочек и бабочек-мигрантов по-разному работают 40 генов, 14 из них в основном экспрессировались у мигрантов, а 26 генов у не мигрирующих бабочек. По мнению исследователей 2 из 40 генов, то есть гены тираминбетагидроксилазы (продукт гена участвует в двигательном поведении) и vrille (продукт гена участвует в регуляции внутренних часов) оказывают влияние на пространственную ориентацию во время миграции. 15 из 40 генов до этого момента не были известны вообще. Авторы полагают, что они участвуют в регуляции миграционных процессов.

Миграция животных — регулярное передвижение популяции животных, в ходе которого особи из одной области обитания перемещаются в другую, но затем возвращаются обратно. Миграции наиболее распространены у птиц и рыб (например, миграции тихоокеанского лосося). У зверей миграции изучены меньше, так как они ведут более скрытный образ жизни. Примеры миграций у животных — миграция северных оленей из тундры в лесотундру с наступлением зимы, она вызвана нехваткой и трудностями добычи корма в занесенной снегом тундре. Миграции животных имеют ярко выраженный приспособительный (адаптивный) характер и возникли в процессе эволюции у самых разных видов.

Типы миграций.

Миграции можно разделить  на активные (животные передвигаются  сами) и пассивные (животные перемещаются на льдах или несутся водой). Активные миграции можно разделить по временным  интервалам, в которые они происходят:

• Активные
• Сезонная миграция
• Суточная миграция
• Периодическая миграция

Практически невозможно найти хотя бы два вида животных, мигрирующих  абсолютно одинаковым образом. Некоторые  передвигаются поодиночке, другие –  только группами. Одни перемещаются при  этом очень медленно, а другие –  очень быстро и практически без  остановок. Так, например, миграции арктических  крачек представляют собой ежегодные  перелеты из районов, близких к Северному  полюсу (отстоящих от него всего  на несколько градусов), в районы, где уже встречаются антарктические льды. С другой стороны, некоторые  лягушки в течение года перемещаются всего на несколько сот метров, отделяющих реку от ближайшего пруда, где происходит их размножение.

Помимо миграций, популяции животных могут демонстрировать и перемещения  другого типа. Некоторые животные ведут кочевой образ жизни, а  их передвижения носят случайный  характер и определяются конкретными  условиями, складывающимися в тех  или иных местах. К примеру, многие крупные травоядные, живущие стадами  на равнинах восточной Африки, перемещаются в зависимости от наличия пищи и климатических условий в  том или ином районе. Эти передвижения могут происходить по неустоявшимся маршрутам и не связаны с обязательным возвращением в исходное место.

Другой тип перемещения популяции  – т.н. «нашествия», характерные  для некоторых птиц, млекопитающих, а также многих насекомых. Нашествия  наблюдаются обычно в регионах, характеризующихся  суровым климатом с резкими сезонными  колебаниями. Хорошо известный пример – бурый лемминг в арктической  тундре. В течение 3–4-летнего цикла  численность этих зверьков возрастает, а дойдя до некоторого максимума, быстро падает. По достижении пика численности, когда тундра буквально кишит  леммингами, они в массе покидают родные места и отправляются в  долгое путешествие. Очень многие становятся жертвами хищных птиц и млекопитающих, тогда как большинство других погибают от болезней и истощения  или же тонут в реках и озерах или в море. Однако некоторым удается  пережить трудное время, и популяционный  цикл начинается снова.

Полярная сова, тоже обитающая в  арктических районах, охотится не только на леммингов, но и на зайцев. В те редкие зимы, когда леммингов и  зайцев мало, полярная сова в поисках  добычи передвигается к югу, порой  добираясь даже до Калифорнии.

Похожие внезапные нашествия наблюдаются  иногда и у некоторых семеноядных  птиц, обычно держащихся в одной  области. Например, такие обитающие в высокогорьях или в северных широтах виды, как азиатская и североамериканская кедровки, а также клестеловик, в годы неурожая семян хвойных – их основной пищи – демонстрируют неупорядоченные перемещения из северных широт в более южные или из горных районов в долины.

Среди насекомых особую известность  получили несколько видов саранчи, встречающихся в Африке и Азии и совершающих массовые перелеты в тех случаях, когда достигается  очень высокая плотность популяции  и наблюдается нехватка пищи. Перемещаясь  в новые области, стаи саранчи  могут буквально затмевать солнце; только очень немногие остаются в  тех местах, где они появились  на свет.

В отличие от нашествий, многие другие совершаемые популяциями перемещения  мало заметны. Происходят они медленно и иногда приводят к изменению  области распространения того или  иного вида. Так, в течение последних 30 000 лет человек мигрировал из Азии через Берингов пролив в Северную Америку, а затем продвигался  на юг вплоть до Южной Америки.

Обеспеченность  пищей.

Чем дальше от экватора живут те или  иные наземные животные, тем более  заметны сезонные колебания в  их обеспеченности пищей. В тропиках количество имеющегося корма, хотя и  меняется в зависимости от чередования  периодов засухи и дождей, в целом  в течение года остается довольно постоянным. По мере продвижения к  северу или югу начинают проявляться  сезонные изменения. Например, в тропиках насекомоядные птицы имеют в  своем распоряжении более или  менее постоянное количество корма, тогда как гнездящиеся на Аляске или на севере Канады сталкиваются с тем, что корма много в  конце весны – начале лета и  очень мало в конце лета – начале осени; в результате миграция на юг из мест, бывших столь благоприятными в период гнездования, становится для  выживания абсолютно необходимой. В зимние месяцы на севере Северной Америки и Евразии лед сковывает  озера, реки и илистые отмели, служившие  летом основными кормовыми угодьями многих водоплавающих и болотных птиц. Неудивительно, что перелет  на юг совершенно обязателен как для  этих птиц, так и для охотящихся на них различных пернатых хищников. Экологическими аналогами насекомоядных  птиц среди млекопитающих служат мелкие насекомоядные летучие мыши, активные (в отличие от птиц) ночью. В северных широтах, где зимой  холодно и нет насекомых, многие летучие мыши впадают в спячку. Некоторые виды, например, серая  летучая мышь (Lasiurus cinereus) и ее близкий родственник – красный кожан (Lasiurus borealis), мигрируют на юг, в более теплые районы, где остаются активными в течение всей зимы.

Размножение.

Во многих случаях  миграция животных связана с особенностями  размножения. Примером могут служить  некоторые рыбы и морские млекопитающие. Различные виды тихоокеанских лососевых  рыб рода Oncorhynchus нерестятся в реках западного побережья Северной Америки и восточного побережья Азии. До мест нереста им иногда приходится подниматься вверх по рекам на тысячу километров от устья. После нереста взрослые особи погибают, а вылупившиеся из икринок мальки растут и постепенно скатываются в море. Это путешествие может продолжаться от нескольких недель до многих месяцев, но только оказавшись в море, рыбы начинают как следует откармливаться и очень быстро расти. Достигнув половозрелости, на что требуется от одного года до нескольких лет (в зависимости от вида рыб), они возвращаются в те самые реки, где появились на свет. Там они размножаются и погибают, повторяя судьбу своих родителей.

Среди морских млекопитающих особенно впечатляющие миграции, связанные с  размножением, демонстрируют серые  киты. В течение летних месяцев  они держатся в Северном Ледовитом  океане и Беринговом море, где в это время возникает изобилие мелких морских организмов (планктона) – их основной пищи. Осенью, накопив большое количество жира, киты начинают мигрировать к югу, в более теплые районы. Двигаясь вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, большинство китов добирается до мелких лагун у западных берегов Калифорнийского залива, где у них появляются на свет детеныши. В марте самцы, а также самки без детенышей начинают мигрировать к северу, а через несколько недель за ними тем же маршрутом следуют и самки с детенышами. В начале лета все они достигают холодных вод Арктики и Субарктики. Цель предпринятого китами путешествия на юг – пребывание их детенышей в теплой воде в течение нескольких первых недель жизни, пока у них не образовался слой жира, способный надежно защитить от холода в северных морях. Миграция же китов на север – это прежде всего возвращение в места, богатые пищей.

Климат и длина  светового дня.

При изучении миграций бывает очень нелегко отделить влияние  климатических факторов от тех, что  связаны с обеспеченностью пищей  или диктуются особенностями  размножения. Биологическая продуктивность, создающая кормовую базу для тех  или иных животных, сама по себе в  значительной мере определяется климатом, и в районах, удаленных от экватора, количество доступной пищи часто  зависит от температуры. Для многих организмов очень важна также  длина светового дня, которая  регулирует нормальный цикл размножения.

Количество света, полученное за день, т.н. фотопериод, нередко непосредственно стимулирует начало миграции. У многих птиц, например, активация половых желез, а также миграционная активность прямо зависят от весеннего увеличения продолжительности светового дня.

Периодичность.

У некоторых животных миграции коррелируют с лунным циклом. Один из наиболее известных примеров – грунион (Leuresthes tenuis) – мелкая рыбка, обитающая у побережий Калифорнии и северо-западных районов Мексики. С ранней весны до начала осени она нерестится на песчаных отмелях, причем нерест происходит только во время особо высоких (сизигийных) приливов, наблюдаемых в первые три-четыре ночи после полнолуния или новолуния. В ходе нереста, продолжающегося 1–3 часа, самки выбрасываются волнами на берег, где они движениями тела вырывают ямку, в которую откладывают икру, тотчас же оплодотворяемую самцами. Следующая нахлынувшая волна уносит самок обратно в море, а из отложенных икринок уже в следующий сизигийный прилив происходит выклев молоди.

Изменения физиологического состояния.

С миграциями очень  часто связаны перемены в физиологическом  состоянии особей. Помимо наблюдаемой  весной тесной зависимости между  возрастанием половой активности и  степенью готовности к миграциям, как  весной, так и осенью непосредственно  перед миграцией происходит быстрое  увеличение жировых запасов, необходимых  для энергетического обеспечения  длительных перелетов. Некоторые птицы  пополняют свои энергетические запасы, останавливаясь во время перелета для  кормежки, но другие преодолевают громадные  расстояния практически без остановок. Например, у золотистой ржанки (Charadrius apricarius) протяженность безостановочного полета над водой может достигать 3200 км. Крошечный краснозобый колибри (Archilochus colubris), летом обитающий в восточных районах Северной Америки, зиму проводит в Центральной Америке (от Мексики до Панамы). Осенью, перед миграцией, эти колибри наращивают около двух граммов жира – этого оказывается достаточно, чтобы без остановок преодолеть более 800 км пути, пролегающего над водами Мексиканского залива.

Миграционные маршруты.

Мигрируя, каждая популяция  придерживается одного и того же маршрута, что требует определенных средств  ориентации. Долгое время механизмы  навигации животных казались загадочными, но в ходе недавних исследований удалось  выяснить некоторые вопросы. Первым шагом было определение маршрутов  передвижения животных; для этого  использовались различные методы мечения (такие, например, как кольцевание  птиц). Если достаточно большое количество животных было помечено, а потом  найдено в других местах, то можно  не только проследить маршрут миграции, но и выяснить, как быстро она  происходит и каково участие в  ней особей разного пола и разного  возраста.

Ориентация по солнцу и звездам.

Зрение – одно из основных средств, с помощью которого прокладывают свой маршрут мигрирующие  животные. Ориентирами при этом могут  служить какие-нибудь знакомые черты  ландшафта, например горные цепи, реки, берега озер или очертания морских  побережий. Определенную роль в ориентации может также играть способность  распознавать ночью положение звезд, а днем – солнца.