Войти
Во время зимы покоя, метаболизм растений фактически останавливается, частично из-за низкие температуры, замедляющие химическую активность.Покой - это период организма жизненного цикла, когда рост, развитие и (у животных) физическая активность временно остановился. Это минимизирует метаболическую активность и, следовательно, помогает организму сохранять энергию. Состояние покоя обычно тесно связано с условиями окружающей среды. Организмы могут синхронизировать вход в фазу покоя со своей окружающей средой с помощью прогнозных или последовательных средств. Прогнозирующее состояние покоя возникает, когда организм входит в фазу покоя до наступления неблагоприятных условий. Например, фотопериод и понижающаяся температура используются многими растениями для прогнозирования наступления зимы. Последующий покой возникает, когда организмы переходят в фазу покоя после возникновения неблагоприятных условий. Обычно это встречается в районах с непредсказуемым климатом. Хотя очень внезапные изменения условий могут привести к высокому уровню смертности среди животных, полагающихся на последующий покой, его использование может быть выгодным, поскольку организмы остаются активными дольше и, следовательно, могут более эффективно использовать доступные ресурсы.
Гибернация - это механизм, используемый многими млекопитающими для снижения расхода энергии и переживать нехватку продовольствия зимой. Гибернация может быть прогнозируемой или косвенной. Животное готовится к гибернации, накапливая толстый слой телесного жира в конце лета и осенью, который обеспечит его энергией в период покоя. Во время гибернации животное претерпевает множество физиологических изменений, включая снижение частоты сердечных сокращений (на 95%) и снижение температуры тела. Помимо дрожи, некоторые животные, находящиеся в спячке, также выделяют тепло тела за счет термогенеза без дрожи, чтобы избежать замерзания. Термогенез без дрожи - это регулируемый процесс, в котором градиент протонов, создаваемый переносом электронов в митохондриях, используется для выработки тепла вместо АТФ в коричневой жировой ткани. Животные, впадающие в спячку, включают летучих мышей, сусликов и других грызунов, мышей-лемуров, европейского ежа и других насекомоядных, одинарных и сумчатых. Хотя спячка наблюдается почти исключительно у млекопитающих, некоторые птицы, такие как обыкновенная бедняжка, могут впадать в спячку.
Диапауза - это стратегия прогнозирования, которая предопределена генотипом животного. Диапауза часто встречается у насекомых, что позволяет им приостанавливать развитие между осенью и весной, а также у млекопитающих, таких как косуля (Capreolus capreolus, единственный копытное с эмбриональной диапаузой ), у которых задержка прикрепления эмбриона к слизистой оболочке матки гарантирует, что потомство рождаются весной, когда условия наиболее благоприятны.
Aestivation, также обозначаемая как эстивация, является примером последовательного покоя в ответ на очень жаркие или засушливые условия. Это распространено у беспозвоночных, таких как садовая улитка и червь, но также встречается у других животных, таких как двоякодышащие, саламандры., пустынные черепахи и крокодилы.
В то время как эндотерм и другие гетеротермы с научной точки зрения описываются как во время гибернации, способ эктотермы, например, ящерицы, впадают в спячку от холода, очень отличается, и в 1920-х годах для него было придумано отдельное название: брумация. Он отличается от спячки вовлеченными метаболическими процессами.
Рептилии обычно начинают брумацию поздней осенью (более точное время зависит от вида). Они часто просыпаются, чтобы попить воды и снова «засыпать». Они могут месяцами обходиться без еды. Рептилии могут есть больше, чем обычно, до начала брумации, но есть меньше или отказываться от еды при понижении температуры. Однако им нужно пить воду. Период брумации составляет от одного до восьми месяцев в зависимости от температуры воздуха, размера, возраста и здоровья рептилии. В течение первого года жизни многие мелкие рептилии не ожирят полностью, а замедляются и едят реже. Возбуждение вызвано нехваткой тепла и уменьшением продолжительности светового дня зимой, подобно зимней спячке.
В физиологии растений покой - это период задержки роста растений. Это стратегия выживания, которую демонстрируют многие виды растений видов, которая позволяет им выживать в климате, где часть года непригодна для роста, например, зимой или засушливыми сезонами.
Многие виды растений, находящиеся в состоянии покоя, имеют биологические часы, которые говорят им, когда следует замедлить активность и подготовить мягкие ткани к периоду отрицательных температур или нехватки воды. С другой стороны, покой может быть вызван после нормального вегетационного периода из-за снижения температуры, сокращения продолжительности дня и / или уменьшения осадков. Доказано, что химическая обработка спящих растений является эффективным методом выхода из спящего режима, особенно древесных растений, таких как виноград, ягоды, яблоки, персики и киви. В частности, цианамид водорода стимулирует деление и рост клеток в спящих растениях, вызывая распускание почек, когда растение находится на грани выхода из состояния покоя. Незначительное повреждение клеток может играть роль в механизме действия. Считается, что травма приводит к повышенной проницаемости клеточных мембран. Повреждение связано с ингибированием каталазы, которая, в свою очередь, стимулирует пентозофосфатный цикл. Цианамид водорода взаимодействует с метаболическим циклом цитокининов, что приводит к запуску нового цикла роста. На изображениях ниже показаны две особенно распространенные модели покоя среди симподиально растущих орхидей:
Годовой жизненный цикл симподиально растущих орхидей с покоем после завершения нового роста / псевдобульб, например, Miltonia, или Odontoglossum 
Годовой жизненный цикл симподиально растущих орхидей с периодом покоя после цветения, например, Cycnoches ventricosum, Dendrobium nobile или Laelia Когда зрелое и жизнеспособное семя в благоприятных условиях не прорастает, считается, что оно находится в состоянии покоя. Покой семян называется покоем зародыша или внутренним покоем и вызван эндогенными характеристиками эмбриона, которые препятствуют прорастанию (Black M, Батлер Дж., Хьюз М. 1987). Покой не следует путать с покоем семенной оболочки, внешним покоем или твердостью семян, которые вызваны наличием твердого покрытия семян или семенной оболочки, которая препятствует проникновению воды и кислорода и активации эмбриона .. Это физический барьер для прорастания, а не истинная форма покоя (Quinliven, 1971; Quinliven and Nichol, 1971).
Покой семян желателен в природе, но наоборот - в сельском хозяйстве. Это связано с тем, что сельскохозяйственная практика требует быстрого прорастания и роста для пищи, в то время как, как и в природе, большинство растений могут прорастать только один раз в год, что делает благоприятным для растений выбор определенного времени для размножения. Для многих растений предпочтительнее размножаться весной, а не осенью, даже когда есть аналогичные условия с точки зрения света и температуры из-за наступающей после осени зимы. Многие растения и семена осознают это и осенью переходят в период покоя, чтобы перестать расти. В этом аспекте популярным примером является зерно, где они умирали над землей зимой, поэтому покой благоприятен для его сеянцев, но обширное одомашнивание и скрещивание устранили большинство механизмов покоя, которые были у их предков.
В то время как покой семян связана со многими генами, абсцизовая кислота (ABA), растительный гормон, была связана как главный фактор, влияющий на покой семян. В исследовании риса и табака растения с дефектом гена зеаксантинэпоксидазы, которые связаны с путем синтеза ABA. Семена с более высоким содержанием АБК из-за избыточной экспрессии зеаксантинэпоксидазы приводили к увеличению периода покоя, в то время как растения с более низким содержанием зеаксантинэпоксидазы, как было показано, имели более короткий период покоя. Можно нарисовать простую диаграмму, показывающую, что АБК подавляет прорастание семян, в то время как гиббереллин (ГА, также растительный гормон) подавляет выработку АБК и способствует прорастанию семян.
Обычно древесные растения умеренного климата Многолетние растения требуют низких температур для выхода из зимнего покоя (покоя). Эффект низких температур зависит от вида и стадии роста (Fuchigami et al. 1987). У некоторых видов покой можно прервать в течение нескольких часов на любой стадии покоя с помощью химикатов, тепла или отрицательных температур, эффективные дозировки которых, по-видимому, зависят от сублетального стресса, который приводит к стимуляции этилена производство и повышенная проницаемость клеточной мембраны.
Покой - это общий термин, применимый к любому случаю, в котором ткань, предрасположенная к удлинению или росту каким-либо иным образом, этого не делает (Nienstaedt 1966). Покой - это покой, навязанный внешней средой. Коррелированное ингибирование - это своего рода физиологический покой, поддерживаемый агентами или условиями, возникающими внутри растения, но не внутри самой спящей ткани. Покой (зимний покой) - это своего рода физиологический покой, поддерживаемый агентами или условиями внутри самого органа. Однако физиологические подразделения покоя не совпадают с морфологическим состоянием покоя, обнаруженного у ели белой (Picea glauca) и других хвойных деревьев (Owens et al. 1977). Психологический покой часто включает в себя ранние стадии зарождения чешуек почек до измеримого удлинения побегов или перед покраснением. Это может также включать позднее зарождение листьев после завершения удлинения побегов. В любом из этих случаев почки, которые кажутся спящими, тем не менее, очень активны морфологически и физиологически.
Различные виды покоя выражены у ели белой (Romberger 1963). Белая ель, как и многие древесные растения в умеренных и более прохладных регионах, требует воздействия низкой температуры в течение нескольких недель, прежде чем она сможет возобновить нормальный рост и развитие. Этой «потребности в охлаждении» ели белой удовлетворяют путем непрерывного воздействия температур ниже 7 ° C в течение 4-8 недель, в зависимости от физиологического состояния (Nienstaedt 1966, 1967).
Древесные породы с хорошо развитым периодом покоя потребности могут быть до некоторой степени обмануты, но не полностью. Например, если японский клен (Acer palmatum) получить «вечное лето» под воздействием дополнительного дневного света, он будет расти непрерывно в течение двух лет. В конце концов, однако, растение с умеренным климатом автоматически переходит в спящий режим, независимо от того, в каких условиях окружающей среды оно находится. Листопадные растения теряют листья; вечнозеленые растения сокращают все новые приросты. Переживание «вечного лета» и последующего автоматического покоя является стрессом для растения и обычно фатальным. Уровень смертности увеличивается до 100%, если растение не получает необходимого периода низких температур, необходимого для выхода из состояния покоя. Большинству растений требуется определенное количество часов «охлаждения» при температуре от 0 ° C до 10 ° C, чтобы выйти из состояния покоя (Bewley, Black, K.D 1994).
Короткие фотопериоды вызывают покой и позволяют формировать зачатки игл. Для формирования зачатков требуется от 8 до 10 недель, после чего следует 6 недель охлаждения при 2 ° C. Распускание почек происходит быстро, если проростки затем подвергать 16-часовому фотопериоду при температурном режиме 25 ° C / 20 ° C. Режим свободного роста, характеристика молоди, которая утрачивается примерно через 5 лет, прекращается у проростков, испытывающих экологический стресс (Logan and Pollard 1976, Logan 1977).
Многие бактерии могут выжить в неблагоприятных условиях, таких как температура, высыхание и антибиотики, образуя эндоспоры, кисты или состояния уменьшенного метаболическая активность без специализированных клеточных структур. До 80% бактерий в пробах из дикой природы, по-видимому, метаболически неактивны, многие из которых можно реанимировать. Такой покой является причиной высокого уровня разнообразия большинства природных экосистем.
Недавние исследования охарактеризовали бактериальную цитоплазму как стеклообразующую жидкость, приближающуюся к переходу жидкость-стекло, так что крупные цитоплазматические компоненты требуют помощи метаболической активности для разжижения окружающей цитоплазмы, позволяя им перемещаться через вязкую стекловидную цитоплазму. Во время покоя, когда такая метаболическая активность приостанавливается, цитоплазма ведет себя как твердое стекло, «замораживая» субклеточные структуры на месте и, возможно, защищая их, позволяя при этом небольшие молекулы, такие как метаболиты свободно перемещаться по клетке, что может быть полезно для клеток, выходящих из состояния покоя.
Покой в его строгом определении не относится к вирусам, поскольку они не являются метаболически активными. Однако некоторые вирусы, такие как поксвирусы и пикорнавирусы после попадания на хост, могут стать латентными на длительные периоды времени или даже на неопределенный срок, пока они не будут активированы извне. Вирусы герпеса, например, могут стать латентными после заражения хозяина и спустя годы снова активироваться, если хозяин находится в состоянии стресса или подвергается воздействию ультрафиолетового излучения.
