Введение

Акклиматизация – это процесс, в ходе которого отдельный организм приспосабливается к изменениям в окружающей среде (например, к изменению высоты, температуры, влажности, фотопериода или pH), что позволяет ему сохранять жизнеспособность в различных условиях. Акклиматизация происходит в короткий период времени (от часов до недель) и в течение жизни организма (в отличие от адаптации, которая является эволюцией и происходит на протяжении многих поколений). Это может быть разовым событием (например, когда альпинисты акклиматизируются к большой высоте за несколько часов или дней), либо частью периодического цикла, например, когда млекопитающие сбрасывают густую зимнюю шерсть, заменяя её более лёгкой летней. Организмы могут изменять свои морфологические, поведенческие, физиологические и/или биохимические характеристики в ответ на изменения в окружающей среде. Хотя способность к акклиматизации к новым условиям хорошо изучена у тысяч видов, исследователи до сих пор мало знают о механизмах и причинах, определяющих то, как именно организмы акклиматизируются.

Имена

Имена существительные акклиматизация и акклиматизация (и соответствующие глаголы акклиматизировать и акклиматизировать) обычно считаются синонимами, как в общем употреблении, так и в научной терминологии. В ответ на определенные стрессовые факторы некоторые организмы экспрессируют так называемые белки теплового шока, которые действуют как молекулярные шапероны и снижают денатурацию, направляя правильное сворачивание и пересворачивание белков. Показано, что организмы, акклиматизированные к высоким или низким температурам, демонстрируют относительно высокие уровни белков теплового шока в состоянии покоя, что обеспечивает их готовность при воздействии еще более экстремальных температур. Экспрессия белков теплового шока и регуляция текучести мембран – это лишь два из множества биохимических механизмов, которые организмы используют для акклиматизации к новым условиям среды.

Морфологическая

Организмы способны изменять ряд характеристик, связанных с их морфологией, для поддержания эффективности в новых условиях. Например, птицы часто увеличивают размер органов, чтобы повысить свой метаболизм. Это может выражаться в увеличении массы органов, отвечающих за питание, или теплообразующих органов, таких как грудные мышцы (последнее наблюдается более регулярно у разных видов).

Теория

Хотя способность к акклиматизации задокументирована у тысяч видов, исследователи до сих пор очень мало знают о том, как и почему организмы акклиматизируются именно таким образом. С момента начала изучения акклиматизации преобладающей гипотезой было то, что вся акклиматизация служит для повышения эффективности организма. Эта идея получила название гипотезы полезной акклиматизации. Несмотря на широкую поддержку гипотезы полезной акклиматизации, не все исследования демонстрируют, что акклиматизация всегда повышает эффективность (см. гипотезу полезной акклиматизации). Одним из основных возражений против гипотезы полезной акклиматизации является предположение об отсутствии каких-либо затрат, связанных с акклиматизацией. Однако, вполне вероятно, что акклиматизация сопряжена с определенными затратами. К ним относятся затраты на восприятие условий окружающей среды и регулирование реакций, производство структур, необходимых для пластичности (например, энергетические затраты на экспрессию белков теплового шока), и генетические затраты (например, сцепление генов, связанных с пластичностью, с вредными генами). Учитывая недостатки гипотезы полезной акклиматизации, исследователи продолжают поиск теории, подтверждаемой эмпирическими данными. Степень, в которой организмы способны акклиматизироваться, определяется их фенотипической пластичностью, то есть способностью организма изменять определенные признаки. Недавние исследования в области акклиматизационной способности все больше внимания уделяют эволюции фенотипической пластичности, а не самим акклиматизационным реакциям. Ученые полагают, что, углубив понимание того, как организмы развили способность к акклиматизации, они смогут лучше понять сам процесс акклиматизации.

Растения

Многие растения, такие как клены, ирисы и помидоры, могут пережить заморозки, если температура постепенно снижается с каждой ночью в течение нескольких дней или недель. То же самое понижение температуры может оказаться смертельным, если произойдет внезапно. Исследования показали, что томатные растения, прошедшие акклиматизацию к более высокой температуре в течение нескольких дней, демонстрировали более высокую эффективность фотосинтеза при относительно высоких температурах, чем растения, которым не давали акклиматизироваться. У орхидеи фалаенопсис ферменты фенилпропаноидов активируются в процессе акклиматизации растения при различных уровнях потока фотосинтетических фотонов.

Животные

Животные акклиматизируются различными способами. В холодных и влажных климатах у овец вырастает очень густая шерсть. Рыбы способны приспосабливаться к изменениям температуры и качества воды лишь постепенно. Тропических рыб, продаваемых в зоомагазинах, часто держат в акклиматизационных пакетах до завершения этого процесса. Лоу и Вэнс (1995) показали, что ящерицы, акклиматизированные к теплым температурам, могут поддерживать более высокую скорость бега при более высоких температурах, чем ящерицы, не акклиматизированные к теплым условиям. Плодовые мухи, развивающиеся при относительно более низких или высоких температурах, приобретают повышенную устойчивость к холоду или жаре во взрослом состоянии, соответственно (см. Развитийная пластичность).

Люди

Содержание соли в поте и моче снижается по мере акклиматизации человека к жаре. Также изменяются объем плазмы крови, частота сердечных сокращений и активация капилляров. Акклиматизация к большой высоте продолжается месяцами или даже годами после первоначального подъема и в конечном итоге позволяет человеку выживать в среде, которая без акклиматизации была бы смертельной. Люди, постоянно переселяющиеся на большую высоту, естественным образом акклиматизируются к новой среде, увеличивая количество эритроцитов для повышения кислородной емкости крови и компенсации сниженного уровня потребления кислорода.