UŚPIENIE: U ZWIERZĄT I ROŚLIN (Z PRZYKŁADAMI) - BIOLOGIA - 2025

Termin spoczynek odnosi się do szeregu procesów fizjologicznych, które na ogół kończą się zatrzymaniem metabolizmu, wzrostu i rozwoju w różnych okresach czasu. Zjawisko to jest prezentowane przez liczne gatunki bakterii, grzybów, protistów, roślin i zwierząt, zarówno kręgowców, jak i bezkręgowców, chociaż w niektórych grupach nigdy nie zostało odnotowane.

Uśpienie to mechanizm adaptacji i przetrwania, który normalnie występuje w odpowiedzi na ekstremalne warunki środowiskowe, takie jak na przykład zmiany sezonowe, w wyniku których jednostki mogą być narażone między innymi na ekstremalne temperatury, odwodnienie, powodzie, brak składników odżywczych.

Świstak (Źródło pixabay.com)

Wszystkie organizmy, zarówno siedzące, jak i te ze zdolnością do swobodnego poruszania się, napotykają w pewnym momencie swojej historii życia na pewne warunki ograniczające ich rozmnażanie, wzrost lub przetrwanie. Niektóre reagują zjawiskami populacyjnymi, takimi jak migracje, podczas gdy inne przechodzą w stan uśpienia.

Czynniki, które wyzwalają ten proces, zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne, różnią się w zależności od gatunku, a nawet mogą występować istotne różnice między osobnikami tego samego gatunku, które znajdują się na różnych obszarach geograficznych.

Oto kilka cech i przykładów między procesem zwierząt i roślin.

U zwierząt

Uśpienie u bezkręgowców

W tej grupie zwierząt typy spoczynku są różne, od małego jaja do zmodyfikowanej postaci dorosłego. Jest klasyfikowany jako uśpienie i diapauza, w zależności od czynników związanych z jej inicjacją i utrzymaniem.

Uśpienie odnosi się do wszystkich form wywołanych niekorzystnymi warunkami środowiskowymi. Formy uśpienia to hibernacja, estywacja, anhydrobiozy (życie bez wody) i kryptobioza (życie ukryte lub ukryte).

Diapauza, bardziej niż przez warunki zewnętrzne, jest podtrzymywana przez wewnętrzne reakcje fizjologiczne, właściwe dla każdego gatunku i osobnika.

Wiele gatunków porifodów, parzydełkowców, płazińców, wrotków, nicieni, niesporczaków, stawonogów, mięczaków, pierścienic, hemikordatów i strunowców występuje w postaci spoczynkowej lub diapauzowej.

Niektóre gąbki wytwarzają gemmule odporności, które pomagają im odbudować pełne populacje po przywróceniu korzystnych warunków. Niektóre gatunki parzydełkowców wytwarzają podstawowe żółtka lub „uśpione” jaja płciowe, które mogą trwać od tygodni do miesięcy.

Owady mogą wejść w diapauzę na dowolnym etapie (jaja, larwy, poczwarki lub postaci dorosłe), w zależności od gatunku i siedliska, które zajmują. Myriapody mogą zwijać się w małych szklarniach na ziemi i są odporne na powodzie jako dorosłe organizmy.

Wśród mięczaków zaobserwowano również, że małże i prosobranch przechodzą w stan uśpienia, uszczelniając zawory lub otwierając muszle. Małże mogą przetrwać kilka miesięcy zakopane w ten sposób w osadzie.

Należy wspomnieć, że spoczynek występuje znacznie częściej u gatunków bezkręgowców lądowych, pół-lądowych lub słodkowodnych niż u gatunków morskich, być może ze względu na względną stabilność tych środowisk w stosunku do lądowych.

Uśpienie u kręgowców

U kręgowców najbardziej znanymi przypadkami uśpienia są hibernacje ssaków, takich jak niedźwiedzie i gryzonie oraz ptaki.

Jednak ostatnio wiele badań skupiało się na uśpieniu populacji komórek nowotworowych u pacjentów z rakiem, co jest ściśle związane z rozwojem przerzutów.

Podobnie jak u innych zwierząt i roślin, spoczynek ssaków jest mechanizmem adaptacyjnym do radzenia sobie z okresami wysokiego zapotrzebowania na energię, ale niewielkiej jej dostępności w środowisku.

Ma to związek ze zmianami fizjologicznymi, morfologicznymi i behawioralnymi, które pozwalają zwierzęciu na przeżycie w niesprzyjających warunkach.

Hibernacja

Początek sezonu hibernacji charakteryzuje się długimi „przesunięciami” letargu, podczas których tempo przemiany materii stopniowo spada, a temperatura ciała utrzymuje się zaledwie kilka stopni powyżej temperatury pokojowej.

Ten „letarg” przeplata się z momentami intensywnej aktywności metabolicznej, która podnosi temperaturę ciała przed powrotem do letargu. W tym okresie wszystkie funkcje organizmu są ograniczone: tętno, oddychanie, czynność nerek itp.

Zmiany sezonowe przygotowują zwierzę do hibernacji. Przygotowanie, na poziomie fizjologicznym, jest prawdopodobnie osiągane poprzez zmianę poziomów wielu białek w stanie ustalonym, które spełniają określone funkcje zwiększania lub zmniejszania ilości niektórych mRNA i odpowiadających im białek.

Wejście i wyjście z torporu jest raczej związane z odwracalnymi i szybkimi przełączeniami metabolicznymi, które działają szybciej niż zmiany w kontroli ekspresji genów, transkrypcji, translacji lub stabilności produktów.

W roślinach

Najbardziej znane przypadki spoczynku roślin odpowiadają spoczynkowi nasion, bulw i pąków, które są charakterystyczne dla roślin podlegających sezonowości.

W przeciwieństwie do stanu spoczynku u zwierząt, rośliny wchodzą w stan uśpienia na podstawie temperatury, długości fotoperiodu, jakości światła, temperatury w okresach jasnych i ciemnych, warunków żywieniowych i dostępności wody. Jest uważana za własność „dziedziczną”, ponieważ jest również uwarunkowana genetycznie.

Uśpienie w pąkach

Zjawisko to występuje na wielu drzewach i obejmuje coroczną utratę i odnowienie liści. Mówi się, że drzewa bez liści zimą są uśpione lub uśpione.

Końcowe pąki, chronione przez katafile, to te, które następnie powodują nowe liście i zawiązki liści.

Pąki drzew zimą (Źródło: pixabay.com)

Te pąki powstają około dwóch miesięcy przed zakończeniem aktywnego wzrostu i utratą liści. W przeciwieństwie do zwierząt, w roślinach aktywność fotosyntetyzująca, oddechowa, transpiracyjna i inne fizjologiczne trwają przez cały rok, jedyną rzeczą, która naprawdę zatrzymuje wzrost, jest wzrost.

Wydaje się, że długości fal światła (czerwone i dalekie czerwone) odgrywają bardzo ważną rolę w tworzeniu i rozkładaniu stanu uśpienia w pąkach, jak również w akumulacji hormonu kwasu abscysynowego (ABA).

Uśpienie w nasionach

U dzikich roślin bardzo powszechne jest uśpienie nasion, ponieważ pozwala im przetrwać klęski żywiołowe, zmniejszyć konkurencję między osobnikami tego samego gatunku lub zapobiec kiełkowaniu w złym sezonie.

W nasionach proces ten jest kontrolowany przez regulację ekspresji genów, aktywność enzymatyczną i akumulację regulatorów wzrostu, z podstawową rolą ABA. Hormon ten gromadzi się w nasionach i uważa się, że jest syntetyzowany raczej przez bielmo i zarodek, a nie przez roślinę, z której powstały nasiona.

W okresie spoczynku nasiona są odporne na długie okresy wysychania. Stwierdzono, że białka LATE-EMBRYOGENESIS (LEA) działają jako ochraniacze innych niezbędnych białek w okresach wysychania.

Nasiona kminku dorly, Cuminum cyminum (Źródło: pixabay.com/)

W bulwach występuje również spoczynek. Merystemy tych struktur są zatrzymywane w fazie G1 cyklu komórkowego, przed syntezą DNA. Uwolnienie tego zatrzymania zależy od wielu zależnych od cyklin kinaz i ich dalszych celów.

ABA i etylen są wymagane do rozpoczęcia spoczynku w bulwach, ale tylko AVA jest niezbędna do utrzymania spoczynku. W tym stanie bulwy wykazują niski poziom auksyny i cytokininy, które, jak się uważa, biorą udział w ich rozpadzie i późniejszym kiełkowaniu.

Bibliografia

1. Alsabti, EAK (1979). Uśpiony guz. J. Cancer Res. Clin. Oncol. , 95, 209–220.
2. Azcón-Bieto, J. i Talón, M. (2008). Fundamentals of Plant Physiology (wyd. 2). Madryt: Hiszpański McGraw-Hill Interamericana.
3. Cáceres, C. (1997). Uśpienie u bezkręgowców. Invertebrate Biology, 116 (4), 371–383.
4. Carey, H., Andrews, M. i Martin, S. (2003). Hibernacja ssaków: reakcje komórkowe i molekularne na obniżony metabolizm i niską temperaturę. Physiological Reviews, 83 (4), 1153-1181.
5. Finkelstein, R., Reeves, W., Ariizumi, T. i Steber, C. (2008). Molekularne aspekty spoczynku nasion. Annual Review of Plant Biology, 59 (1), 387–415.
6. Koornneef, M., Bentsink, L., & Hilhorst, H. (2002). Spoczynek i kiełkowanie nasion. Current Opinion in Plant Biology, 5, 33–36.
7. Perry, TO (1971). Uśpienie drzew zimą. Science, 171 (3966), 29-36. https://doi.org/10.1126/science.171.3966.29
8. Romero, I., Garrido, F. i Garcia-Lora, AM (2014). Przerzuty w uśpieniu pośredniczonym przez układ odpornościowy: nowa szansa na celowanie w raka. Cancer Research, 74 (23), 6750–6757. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-14-2406
9. Suttle, J. (2004). Fizjologiczna regulacja spoczynku bulw ziemniaka. Amer. J. of Potato Res, 81, 253–262.
10. Vegis, A. (1964). Spoczynek w wyższych roślinach. Annu. Rev. Plant. Physiol. , 15, 185–224.