Если среда, в которой обитает животное, подвержена небольшим колебаниям, то приспособления организмов к ней носят до известной степени характер статический.
Так, шерсть тропических животных редкая, короткая, жёсткая, у полярных густая, длинная, мягкая. Белые медведи не меняют своей окраски, так как всю жизнь проводят среди льдов. Животные пустыни — лев, верблюд, антилопы, змеи — окрашены под цвет песка, в тропических лесах преобладает зелёная окраска животных, многие морские организмы прозрачны и т. п.
Но если аспект ландшафта меняется по сезонам, то приспособления к ландшафту приобретают динамический характер, изменяясь периодически. И эта смена ярче, чем что-нибудь другое, доказывает безусловную зависимость организмов от окружающей обстановки. Впрочем, эта зависимость не менее отчётлива и в тех случаях, когда смены не бывает: у пещерных животных нет сезонной периодичности в жизненных циклах, и это вполне закономерно, так как в пещерах нет деления года на сезоны.
Приспособления животных к сезонным изменениям природы весьма разнообразны. Они выражаются в запасании корма на зиму (пчёлы, некоторые грызуны), в устройстве тёплых зимних жилищ, нор и гнёзд, в приобретении новых физиологических свойств, в перемене места обитания, в явлениях спячки и пр.
В связи с изменением температуры и приобретением ландшафтом нового аспекта у животных меняются характер покровов и их окраска. Чем резче выражена смена сезонов в ландшафте, тем резче проявляется и сбрасывание наружных покровов, и замена их новыми (линька). В тропиках смена шерсти и перьев протекает постепенно в течение всего года, в холодных странах она приурочена к определённым сезонам. К зиме мех становится гуще, пушистее, длиннее, под кожей происходит образование жирового слоя. Меняется и окраска животного: заяц беляк зимой белый, весной пегий, летом темнобурый; каштанового цвета ласки зимой становятся снежнобелыми; то же происходит с песцами, горностаями и т. п., меняющими свои тёмные летние одеяния на покровительственно окрашенную мантию, позволяющую животному совершенно слиться с белым фоном зимнего ландшафта.
Широко распространённым сезонным приспособлением следует считать миграции или кочёвки животных. Некоторые миграции, правда, не имеют характера строго периодических, но зато приуроченность других к сезонам не подлежит ни малейшему сомнению.
Животные нередко совершают кочёвки в поисках пищи. Например, лемминги, когда они сильно размножаются, а растительного корма в данной местности мало, потому что он съеден самими леммингами, гусём-гумёнником или стал недоступным из-за ожеледи, начинают огромными массами переселяться в другие места. Движение кочующих леммингов совершается с исключительной неудержимостью: они переправляются через реки, массами гибнут от истощения и хищников.
Антилопы кочуют стадами из высохших и выгоревших травянистых просторов туда, где есть вода и свежая зелень. При недороде кедровых орехов сибирские белки переселяются в другие леса. Северный олень весной с южной окраины тундры кочует на север; одной из причин этого служит стремление избавиться от гнуса.
Миграции животных, обусловленные недостатком пищи или перенаселением, хотя и не укладываются вполне строго в рамки сезонных явлений, тем не менее довольно часто бывают так или иначе связаны с сезонными переменами ландшафта.
Классическими примерами типично сезонных миграций являются уход осенью червей глубоко в почву (туда, где она не промерзает), миграции рыб, перелёты птиц и др.
Миграции рыб связаны чаще всего с нерестом, т. е. процессом икрометания. Инстинкт собирает рыб в огромные стаи и заставляет их совершать огромные передвижения. Есть рыбы, нерестящиеся ежегодно или через год, через два года, но есть такие, которые мечут икру только один раз в жизни: угорь, кета, горбуша, красная, многие роды бычков, громадное большинство особей сёмги и т. п.
Особенно ярко явление миграции наблюдается у проходных рыб, т. е. таких, которые живут в море, но для метания икры поднимаются в реки на сотни километров. Лосось, или сёмга, ежегодно заходит из моря в наши северные реки для метания икры. Молодь проводит в реках два-три года, затем переходит в море, где живёт от одного года до пяти лет, а потом идёт для нереста в реки.
Сёмга после нереста обычно погибает, но бывают случаи, когда отдельные особи нерестятся в жизни по два-три раза и даже, как редчайшее исключение, до пяти раз.
Особенно интересны миграции речного европейского угря (Anguilla vulgaris). Угорь этот живёт в реках и озёрах Европы. Достигнув половой зрелости (на это нужно несколько лет), он выходит в море (обычно осенью), затем в Атлантический океан и направляется к той его части, которая называется Саргассовым морем. Здесь на глубинах и происходит икрометание. Из оплодотворённой икры развиваются личинки — маленькие, прозрачные, рыбообразные, но настолько не похожие на угрей, что их долгое время считали особым животным — Leptocephalus brevirostris. Эти лептоцефалы, претерпевая метаморфоз и увеличиваясь в размерах, в течение трёх лет странствуют из Саргассова моря к Европе. Только в конце третьего года происходит их превращение в маленьких угрей, после чего они уже проникают в реки.
Большинство птиц умеренных стран улетает на зиму в тёплые края, а весной возвращается обратно. Улетают гуси, лебеди, трясогузки, утки, жаворонки, кукушки, журавли и т. п. Остаются лишь некоторые хищные, а также некоторые зерноядные — воробьи, овсянки, тетерева.
Перед отлётом птицы собираются в стаи, и эти стаи в местах зимовья уже не распадаются.
Естественный порядок осеннего отлёта состоит в том, что раньше всего улетают насекомоядные птицы, потом зерноядные, т. е. птицы улетают в порядке исчезновения соответствующего корма. Отлёт птиц данного вида занимает много времени: он продолжается неделями. Птицы часто летят определённым «строем»: утки рядом, гуси друг за другом, журавли клином и т. п. Некоторые виды совершают перелёт в дневное время, но подавляющее большинство летит ночью, оставляя день для отдыха на суше.
Птицы летят не особенно торопливо, с остановками, кормятся по пути и отдыхают. Одни из них пролетают в день всего километров 30, другие около 200 км. Остановки в пути продолжаются иногда по нескольку дней. Таким образом, перелёт от начального пункта до конечного занимает довольно большое время. Вместе с тем быстрота полёта бывает иногда весьма значительна, а продолжительность перелёта в отдельных случаях исключительно мала. Скворцы летят со скоростью 60—80 км в час, ржанки 65—80 км, гуси 70—90, стрижи до 110 км. Птицы могут лететь по многу часов без отдыха, и, например, одна стая чибисов в 1927 г. перелетела из Англии в Ньюфаундленд (правда, при сильном попутном ветре) за одни сутки, проделав путь в 3500 км.
Излюбленными местами зимовок евразийских птиц служат Индия и Египет. Но птицы из северной Азии летят в Аравию, Иран, Индию, Китай, даже в Австралию, из Европы в Африку, Малую Азию. Грачи, аисты зимуют на Ниле, соловьи, малиновки, ласточки, кукушки в центральной Африке, орлы в Египте, розовый скворец и сибирская пеночка в Индии, краснозобая казарка из северо-западной Сибири — в южной части Каспийского моря и т. п.
Важно отметить, что птицы к местам зимовья перелетают не беспорядочно, а придерживаются определённых путей, которые для данного вида остаются из года в год одними и теми же. Пути пролёта нескольких видов птиц могут на том или ином расстоянии совпадать. Одни птицы летят вдоль морских берегов, другие вдоль рек, над озёрами и болотами, путь третьих проходит над сушей и с водными пространствами не связан. Во всех этих случаях птицы стремятся по тому пути, характер которого ближе всего к характеру их коренного местообитания или на котором они легче всего найдут привычную для себя пищу. Так, птицы, населяющие морские побережья, при перелёте тоже придерживаются морских побережий. Поскольку выбор пути в значительной степени определяется характером корма, неудивительно, что некоторые птицы весной и осенью летят разными дорогами: домой они возвращаются иным путём, чем уходят из дома. Это изменение связано с изменением корма.
В местах зимовок птицы гнёзд не делают и птенцов не выводят. Если осенний отлёт птиц данного вида растягивается на несколько недель, то прилёт обратно в родные места заканчивается обычно в несколько (не свыше десяти) дней. Может быть, это оттого, что отлёт зависит от погоды, а прилёт не зависит. Возвращение птиц домой в более или менее определённые сроки нельзя объяснить просто «перелётным инстинктом». Это явление более сложное и вырабатывалось оно, вероятно, очень длительно. Птицы часто возвращаются в плохие условия, когда у них на родине ещё лежит снег. Снег в разные годы сходит в разное время, а прилёт совершается ежегодно примерно в одни и те же сроки, и это расхождение вызывает нередко гибель вернувшихся птиц. Внешним толчком для отлёта осенью служит уменьшение корма, обусловленное ухудшением тепловых условий. Понижение температуры воздуха и является для птиц предвестником надвигающегося недостатка пищи. Главной же побудительной причиной обратного весеннего перелёта к родным местам является инстинкт размножения.
Сущность такого приспособления к среде, как миграция (периодическая или непериодическая), сводится к тому, что животное избегает неблагоприятных условий, перемещая себя в другой ландшафт. Это есть как бы приспособление по линии наименьшего сопротивления. Совсем иной характер носит другое сезонное приспособление, а именно — спячка животных, или состояние оцепенения, в котором животное проводит неблагоприятный для жизни период в пределах своего местообитания.
Приспособление это возникло в процессе эволюции у самых различных форм и в самых различных частях света. Оно, как и миграции животных, стимулируется недостатком пищи, а предвестником этого надвигающегося недостатка, служащим своего рода сигналом, побуждающим непосредственно организм к спячке, является в наших широтах понижение внешней температуры, а в тропиках засуха, высыхание водоёмов, уменьшение содержания воды в пище. В соответствии с этим различают зимнюю спячку, когда животное впадает в оцепенение на период преобладания низких температур, и летнюю спячку, которая приурочена к засушливому сезону.
Экология животных, впадающих в спячку, характеризуется прежде всего ограниченностью периода активной жизни. Размножаются они реже, чем животные, не впадающие в спячку (млекопитающие не чаще одного раза в лето, тогда как близкие к ним формы, не впадающие в спячку, приносят по два-три поколения в год), но зато общее их число подвергается меньшим колебаниям, чем общее число животных, хотя и более продуктивных, но не подверженных спячке: спячка предохраняет от неблагоприятных условий и заразных заболеваний.
Во время спячки животное проводит много месяцев без пищи. Это, разумеется, возможно только при крайнем замедлении жизненных функций. Жизненные процессы сведены к минимуму, и организм питается запасами, отложенными в нём самом. Бодрствующий сурок делает в час 1500 вдыханий, а во время спячки только 14, т. е. в сто раз меньше. Следовательно, во время спячки окисление, а значит, и разрушение тканей сильно замедлено, поэтому для восстановления их требуется меньше пищи. В результате замедления дыхания и почти полного отсутствия мышечной работы, т. е. вследствие устранения источников животной теплоты, температура тела спящего животного сильно понижается.
Длительность спячки самая разнообразная. Бурундуки, сони, белки спят два-три месяца, ежи четыре-пять месяцев, летучие мыши и сурки шесть месяцев, а горные сурки семь-восемь месяцев.
Млекопитающие проводят зимнюю спячку в норах, берлогах, дуплах и других укрытиях. Они впадают в неподвижность и глубокое оцепенение. Температура их тела снижается почти до температуры окружающего их воздуха, превышая последнюю всего на несколько градусов. Дыхание становится не только замедленным в пять-десять и более раз, но и нерегулярным: после пяти-восьми дыханий наступает пауза в несколько минут. Резко уменьшаются потребление кислорода и выделение CO2, сердце бьётся в 10—30 раз реже, чем у животного в активном состоянии. Изменяется состав крови за счёт увеличения содержания CO2 и уменьшения содержания сахара. Так как организм потребляет накопленные до спячки запасы жира, животное постепенно теряет в весе, и рост его прекращается: если остричь шерсть или когти, то они во время спячки не растут и начинают отрастать лишь после пробуждения животного. В состоянии оцепенения организм не подвержен инфекционным болезням даже в том случае, если он был заражён ещё до спячки.
Ящерицы и змеи проводят спячку во мху, в расщелинах, в норах, причём змеи зимуют по многу экземпляров вместе. Карпы, караси и сомы зарываются в тину на дне и лежат там неподвижно. В таком же оцепенении проводят зиму осётр, стерлядь, белуга.
Для беспозвоночных животных зимняя спячка лучше всего изучена на примере насекомых. Многие дневные бабочки (крапивница, траурница) проводят спячку в виде взрослого насекомого под корой и в дуплах деревьев, другие бабочки зимуют в стадиях яйца, личинки, куколки. Божьи коровки спят пять-семь месяцев под опавшими листьями, корой, камнями, самки ос и шмелей в своих норках и гнездах, муравьи в подземной части своих муравейников и т. д. Тело оцепеневшего насекомого принимает температуру окружающего воздуха, а содержание воды в теле уменьшается.
Основным источником, поддерживающим жизнь (крайне замедленную) насекомого в спячке, является запас жира. Если этого запаса мало, насекомое неминуемо погибнет. Потому, например, пчела, у которой запасов жира нет вовсе, может прожцть в спячке всего пять-девять дней. Вообще говоря, смертность насекомых в спячке весьма высока, и зиму в состоянии оцепенения переживают сравнительно немногие.
В наших широтах число видов животных, впадающих в зимнюю спячку, во много раз больше числа видов, остающихся на зиму в бодрствующем состоянии. Из беспозвоночных оцепеневают на зиму моллюски, ракообразные, паукообразные, насекомые; из позвоночных рыбы (хотя и не все виды), земноводные (лягушки, жабы, тритоны), пресмыкающиеся (ящерицы, змеи, черепахи), некоторые млекопитающие, например почти все виды летучих мышей, ежи, многие грызуны (сони, тушканчики, суслики, сурки), барсук, бурый медведь и т. п. Птицы в спячку не впадают вовсе.
Летняя спячка характерна для животных тропических областей с резко выраженным засушливым периодом. Но это явление выражено и в умеренных широтах. Многие виды сусликов в Северной Америке впадают в летнюю спячку в связи с высыханием их растительной пищи. В Европе коловратки, живущие во мху, при высыхании мха сами высыхают и оцепеневают. Но, как только выпадет дождь или сядет роса, они вновь оживают. Таким образом, спячка может неоднократно прерываться и возобновляться.
В тропиках в летнюю спячку погружаются танреки, двоякодышащие рыбы и некоторые другие животные.
Несомненно, что явление спячки весьма близко стоит к явлению анабиоза. Под анабиозом разумели состояние скрытой жизни или даже полный перерыв жизненных функций, после которого организм может вновь вернуться к жизни. Но теперь установлено, что в этом втором смысле (т. е. в смысле полной остановки жизненных процессов) анабиоза в природе вовсе не существует, а существуют лишь различные формы спячки, т. е. различные формы ослабления и замедления жизненных процессов.