В XIX в. исследования приносили все новые данные, раскрывающие приспособленность животных и растений к условиям окружающей среды; вопрос же о причинах этого совершенства органического мира оставался открытым. Дарвин объяснил происхождение приспособленности в органическом мире с помощью естественного отбора.
Ознакомимся предварительно с некоторыми фактами, свидетельствующими о приспособленности животных и растений.
Примеры приспособленности в животном мире. В животном мире широко распространены различные формы защитной окраски. Их можно свести к трем типам: покровительственная, предостерегающая, маскировочная.
Покровительственная окраска помогает организму стать менее заметным на фоне окружающей местности. Среди зеленой растительности клопы, мухи, кузнечики и другие насекомые часто окрашены в зеленый цвет. Фауну Крайнего Севера (белый медведь, полярный заяц, белая куропатка) характеризует белая окраска. В пустынях преобладают желтые тона окраски животных (змеи, ящерицы, антилопы, львы).
Предостерегающая окраска ясно выделяет организм в окружающей среде яркими, пестрыми полосами, пятнами (форзац 2). Она встречается у ядовитых, обжигающих или жалящих насекомых: шмелей, ос, пчел, жуков-нарывников. Яркая, предостерегающая окраска обычно сопровождает другие средства защиты: волоски, шипы, жала, едкие или остро пахнущие жидкости. К этому же типу окраски относится угрожающая.
Маскировка может достигаться сходством по форме тела и окраске с каким-либо предметом: листом, веткой, сучком, камнем и т. д. При опасности гусеница бабочки-пяденицы вытягивается и застывает на ветке наподобие сучка. Бабочку совки-гнилушки в неподвижном состоянии легко принять за кусочек гнилого дерева. Маскировка достигается также мимикрией. Под мимикрией имеют в виду сходство в окраске, форме тела и даже в поведении и повадках между двумя или несколькими видами организмов. Например, шмеле видные и осовидные мухи, лишенные жала, очень похожи на шмелей и ос -- жалящих насекомых.
Не следует думать, что защитная окраска обязательно и всегда спасает животных от истребления врагами. Но более приспособленные по окраске организмы или группы их погибают значительно реже, чем менее приспособленные.
Наряду с защитной окраской у животных сложились многие другие приспособления к условиям жизни, выражающиеся в их повадках, инстинктах, поведении. Например, перепела в случае опасности быстро опускаются на поле и замирают в неподвижной позе. В пустынях змеи, ящерицы, жуки прячутся от зноя в песок. В момент опасности многие животные принимают 16 угрожающие позы.
Примеры приспособленности у растений. Высокие деревья, кроны которых свободно обдувает ветер, как правило, имеют плоды и семена с летучками. Для подлеска и кустарников, где обитают птицы, характерны яркие, со съедобной мякотью плоды. У многих луговых трав плоды и семена имеют крючочки, которыми они прицепляются к шерсти млекопитающих.
Разнообразные приспособления препятствуют самоопылению и обеспечивают перекрестное опыление растений.
У однодомных растений мужские и женские цветки созревают не одновременно (огурцы). Растения с обоеполыми цветками защищены от самоопыления разновременным созреванием тычинок и пестиков или особенностями их строения и взаимного расположения (у первоцвета).
Укажем еще примеры: нежные ростки весенних растений -- ветреницы, чистяка, голубой перелески, гусиного лука и др.-- переносят температуры ниже нуля благодаря наличию концентрированного раствора сахара в клеточном соке. Очень медленный рост, низкорослость, мелколистность, поверхностное расположение корней у деревьев и кустарников в тундре (ива, береза, можжевельник), чрезвычайно быстрое развитие полярной флоры весной и летом -- все это приспособления к жизни в условиях вечной мерзлоты.
Многие сорные растения производят неизмеримо большее количество семян, чем культурные, -- это приспособительный признак.
Многообразие приспособлений. Виды растений и животных отличаются приспособленностью не только к условиям неорганической среды, но и друг к другу. Например, в широколиственном лесу травяной покров весной образуют светолюбивые растения (хохлатка, ветреница, медуница, чистяк), а летом -- теневыносливые (будра, ландыш, зеленчук). Опылителями раннецветущих растений являются главным образом пчелы, шмели и бабочки; летнее цветущие растения опыляются обычно мухами. Многочисленные насекомоядные птицы (иволга, поползень), гнездясь в широколиственном лесу, уничтожают его вредителей.
В одной и той же среде обитания организмы обладают различными приспособлениями. Птица оляпка не имеет плавательных перепонок, хотя она добывает себе пищу род водой, ныряя, пользуясь крыльями и цепляясь ногами за камни. Крот и слепыш принадлежат к роющим животным, но первый роет конечностями, а второй проделывает подземные ходы головой и сильными резцами. Тюлень плавает при помощи ластов, а дельфин пользуется хвостовым плавником.
Происхождение приспособлений у организмов. Объяснение появления сложных многообразных приспособлений к конкретным условиям окружающей среды, данное Дарвином, в корне отличалось от понимания этого вопроса Ламарком. Эти ученые резко разошлись также в определении главных движущих сил эволюции.
Теория Дарвина дает вполне логичное материалистическое объяснение происхождения, например, покровительственной окраски. Рассмотрим возникновение зеленого цвета тела гусениц, живущих на зеленых листьях. Предки их могли быть окрашены в какой-либо другой цвет и не питаться листьями. Предположим, что в силу каких-то обстоятельств они вынуждены были перейти на питание зелеными листьями. Легко представить себе, что птицы склевали множество этих насекомых, хорошо заметных на зеленом фоне. В числе различных наследственных изменений, которые всегда наблюдаются в потомстве, могли быть изменения в окраске тела гусениц, делавшие их менее заметными на зеленых листьях. Из числа гусениц с зеленоватым оттенком какие-то особи сохранились и дали плодовитое потомство. В последующих поколениях процесс преимущественного выживания гусениц, менее заметных по окраске на зеленых листьях, продолжался. С течением времени благодаря естественному отбору зеленая окраска тела гусениц все более и более соответствовала основному фону.
Возникновение мимикрии может быть объяснено также лишь естественным отбором. Организмы с малейшими уклонениями в форме тела, окраске, поведении, усиливающими сходство с защищенными животными, имели больше возможности выжить и оставить многочисленное потомство. Процент гибели таких организмов был ниже тех, которые не обладали полезными изменениями. Из поколения в поколение полезное изменение усиливалось и совершенствовалось через накопление признаков сходства с защищенными животными.
Движущая сила эволюции -- естественный отбор.
Теория Ламарка оказалась совершенно беспомощной в объяснении органической целесообразности, например, происхождения различных типов защитной окраски. Невозможно предположить, что животные «упражнялись» в окраске или фирме тела и путем упражнения приобрели приспособленность. Нельзя объяснить и взаимную приспособленность организмов друг к Другу. Например, совершенно необъяснимо возникновение соответствия хоботка у рабочих пчел строению цветка определенных видов опыляемых ими растений. Рабочие пчелы не размножаются, а пчелиные матки хотя и производят потомство, но не Могут «упражнять» хоботок, так как не собирают пыльцу.
Вспомним движущие силы эволюции по Ламарку: 1) «стремление природы к прогрессу», вследствие чего органический мир развивается от простых форм к сложным, и 2) изменяющее действие внешней среды (непосредственное на растения и низших животных и косвенное с участием нервной системы на высших животных).
Понимание Ламарком градации как постепенного повышения организации живых существ согласно «непреложным» законам, по существу, приводит к признанию веры в бога. Теория прямого приспособления организмов к условиям окружающей среды через появление у них только адекватных изменений и обязательного наследования приобретаемых этим путем признаков логически вытекает из представления об изначальной целесообразности. Наследование приобретаемых признаков экспериментально не подтвердилось.
Чтобы отчетливее показать основное различие у Ламарка и Дарвина в понимании механизма эволюции, приведем объяснение их собственными словами одного и того же примера.
Образование длинных ног и длинной шеи у жирафы
По Ламарку
«Известно, что это самое высокое из млекопитающих животных обитает во внутренних областях Африки и водится в местах, где почва всегда сухая и лишена растительности. Это заставляет жирафу объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. Вследствие этой привычки, существующей с давних пор у всех особей данной породы, передние ноги жирафы стали длиннее задних, а ее шея настолько удлинилась, что это животное, даже не приподнимаясь на задних ногах, подняв только голову, достигает шести метров (около двадцати футов) в высоту… Всякое же изменение, приобретенное органом благодаря привычному употреблению, достаточному для того, чтобы произвести данное изменение, сохраняется в дальнейшем путем размножения при условии, если оно присуще обоим индивидуумам, совместно участвующим в оплодотворении при воспроизведении своего вида. Это изменение передается дальше и переходит, таким образом, ко всем индивидуумам последующих поколений, подвергающимся воздействию тех же условий, Хотя потомкам уже не приходится приобретать его тем путем, каким оно действительно было создано».
По Дарвину
«Жирафа по своему высокому росту, очень длинной шее, передним ногам, голове и языку прекрасно приспособлена к обрыванию листьев с верхних ветвей деревьев… самые высокие особи, которые были на дюйм или на два выше других, могли часто сохраняться в периоды засух, бродя в поисках за кормом по всей стране. Эта незначительная разница в размерах, обусловливаемая законами роста и изменчивости, не имеет значения для большинства видов. Но иначе было с нарождавшейся 10 жирафой, если принять во внимание ее вероятный образ жизни, потому что те особи, у которых какая-либо или несколько разных частей тела были длиннее, чем обыкновенно, вообще должны были переживать. При скрещивании они должны были оставлять потомков или с теми же самыми особенностями строения, или с наклонностью изменяться в том же направлении, тогда как особи, организованные менее благоприятно в этом отношении, должны были оказаться наиболее склонными к гибели. …естественный отбор и охраняет и тем самым отделяет всех более высоких особей, давая им полную возможность скрещиваться, и способствует уничтожению всех более низких особей».
Теория прямого приспособления организмов к условиям окружающей среды через появление адекватных изменений и их наследование находит сторонников и в настоящее время. Вскрыть ее идеалистический характер возможно только на основе глубокого усвоения учения Дарвина о естественном отборе -- движущей силе эволюции.
Относительность приспособлений организмов. Учение Дарвина о естественном отборе не только объяснило, как могла возникнуть приспособленность в органическом мире, но и доказало, что она всегда имеет относительный характер. У животных и растений наряду с полезными признаками встречаются бесполезные и даже вредные,
Вот несколько примеров бесполезных для организмов, нецелесообразных органов: грифельные косточки у лошади, остатки задних конечностей у кита, остатки третьего века у обезьян и человека, червеобразный отросток слепой кишки у человека.
Любое приспособление помогает организмам выжить только в тех условиях, в которых оно выработалось естественным отбором. Но и в этих условиях оно относительно. В яркий, солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. Заяц-беляк, незаметный на снегу в лесу, становится видным на фоне стволов, выбежав на опушку леса.
Наблюдения за проявлением инстинктов у животных в ряде случаев показывают их нецелесообразный характер. Ночные бабочки летят на огонь, хотя и гибнут при этом. Их влечет к огню инстинкт: они собирают нектар в основном со светлых цветков, хорошо заметных ночью. Самая лучшая защита организмов далеко не во всех случаях надежна. Овцы съедают без вреда для себя среднеазиатского паука-каракурта, чей укус ядовит для многих животных.
Узкая специализация органа может стать причиной гибели организма. Стриж не может взлететь с ровной поверхности, так как у него длинные крылья, но очень короткие ноги. Он взлетает, только оттолкнувшись от какого-то края, как от трамплина.
Приспособления растений, препятствующие поеданию животными, относительны. Голодный скот поедает и растения, защищенные колючками. Взаимная польза организмов, связанных отношениями симбиоза, также относительна. Иногда грибные нити лишайника разрушают сожительствующие с ними водоросли. Все эти и многие другие факты говорят, что целесообразность не абсолютна, а относительна.
Экспериментальные доказательства естественного отбора. В после дарвиновское время был проведен ряд экспериментов, подтвердивших наличие естественного отбора в природе. Например, рыбы (гамбузии) были помещены в бассейны с различно окрашенным дном. Птицы уничтожили 70% рыб в том бассейне, где они были более заметны, и 43% там, где они по окраске лучше подходили к фону дна.
В другом эксперименте наблюдали за поведением крапивника (отряд воробьиных), который не клевал гусениц пяденицы с покровительственной окраской, пока они не шевелились.
Опытами подтверждено значение предостерегающей окраски в процессе естественного отбора. На опушке леса разложили на досках насекомых, относящихся к 200 видам. Птицы прилетали около 2000 раз и склевывали только тех насекомых, у которых не было предостерегающей окраски.
Так же опытным путем было установлено, что большинство птиц избегает перепончатокрылых насекомых с неприятным вкусом. Клюнув осу, птица от трех до шести месяцев не трогает и осовидных мух. Потом начинает клевать их, пока не попадет на осу, после чего опять долго не трогает мух.
Производились опыты по «искусственной мимикрии». Птицы охотно поедали личинок жука -- мучного хрущака, окрашенных безвкусной краской кармином. Часть личинок покрывали смесью краски с хинином или другим неприятным на вкус веществом. Птицы, натолкнувшись на таких личинок, перестали клевать всех окрашенных личинок. Опыт изменили: на теле личинок сделали различные рисунки, и птицы брали только тех, чей рисунок не сопровождался неприятным вкусом. Таким образом, у птиц возник условный рефлекс на предупреждающие яркие сигналы или рисунки.
Экспериментальное исследование естественного отбора проводилось и ботаниками. Оказалось, что сорные растения обладают рядом биологических особенностей, возникновение и развитие которых Можно объяснить только как приспособления к условиям, созданным человеческой культурой. Например, растения рыжик (сем. крестоцветных) и торица (сем. гвоздичных) имеют семена, очень похожие по величине и весу на семена льна, посевы которого они засоряют. То же можно сказать о семенах погремка бескрылого (сем. норичниковых), засоряющего посевы ржи. Сорные растения созревают обычно одновременно с культурными растениями. Семена тех и других трудно отделяются друг от друга при провеивании. Человек скашивал, обмолачивал сорняки вместе с урожаем, а потом и высеивал на поле. Невольно и бессознательно он способствовал естественному отбору семян различных сорных растений по линии сходства с семенами культурных растений.
Виды растений и животных удивительно приспособлены к условиям среды, в которых они обитают. Известно огромное количество самых разнообразных особенностей строения, обеспечивающих высокий уровень приспособленности вида к среде. В понятие «приспособленность вида» входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым ими функциям, например длинный и сложно устроенный пищеварительный тракт животных, питающихся растительной пищей (жвачные). Соответствие физиологических функций организма условиям обитания, их сложность и разнообразие также входят в понятие приспособленности.
Приспособительные особенности строения, окраски тела и поведения животных. По сути, вся структурно-функциональная организация представителей того или иного вида является приспособительной к тем условиям, в которых обитает данная группа. Наиболее демонстративны строение тела и окраска покровов.
Форма тела. У животных приспособительной к среде обитания является форма тела. Хорошо известен облик водного млекопитающего дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 км/ч. Нередко описывают случаи, как дельфины сопровождают быстроходные морские суда, например эсминцы, движущиеся со скоростью 65 км/ч. Объясняется это тем, что дельфины пристраиваются к носу судна и используют гидродинамическую силу корабельных волн. Но это не их естественная скорость. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удается преодолеть ее? Помимо других особенностей строения идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрения потоков воды, обтекающих дельфина.
Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полете они обычно втягивают ноги. В результате птицы по быстроте намного превосходят всех других животных. Например, сокол-сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 км/ч. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали антарктического пингвина, плывущего под водой со скоростью около 35 км/ч.
У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезными оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей, помогает им успешно скрываться от врагов. Сходство с предметами среды обитания широко распространено у насекомых. Известны жуки, своим внешним видом напоминающие лишайники, цикады, сходные с шипами тех кустарников, среди которых они живут. Насекомые-палочники похожи на небольшую бурую или зеленую веточку (рис. 19.5), а прямокрылые насекомые имитируют лист. Плоское тело имеют рыбы, ведущие придонный образ жизни.
Рис. 19.5.
Окраска покровов тела. Средством защиты от врагов служит и покровительственная окраска. Покровительственной называют окраску покровов тела, обеспечивающую их обладателям успех в борьбе за существование. Обычно ученые различают скрывающую или, наоборот, предупреждающую окраску. Птицы, насиживающие яйца на земле, сливаются с окружающим фоном. Малозаметны и их яйца, имеющие пигментированную скорлупу, и вылупляющиеся из них птенцы (рис. 19.6). Защитный характер пигментации яиц подтверждается тем, что у видов, чьи яйца недоступны для врагов - крупных хищников, или у птиц, откладывающих яйца на скалах или закапывающих их в землю, покровительственная окраска скорлупы не развивается.
Рис. 19.6.
потомства на земле
Покровительственная окраска широко распространена среди самых различных животных. Гусеницы бабочек часто зеленые, под цвет листьев, или темные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (скаты и камбалы). При этом камбалы способны еще менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путем перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеона). Животные пустынь имеют, как правило, желто-бурую или песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранче) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопам) и хищникам (львам).
Если фон среды не остается постоянным в зависимости от сезона года, многие животные меняют окраску. Например, обитатели средних и высоких широт (песец, заяц, горностай, белая куропатка) зимой имеют белую окраску, что делает их незаметными на снегу.
Двутоновая скрывающая окраска часто наблюдается у водных животных. Так, у большинства рыб, например у сельди, спинка сильно пигментирована, а брюшная сторона тела - светлая. Если смотреть на рыбу сверху, из зоны большей освещенности, то на фоне сгущающегося мрака темная спинка практически незаметна. Напротив, при взгляде из глубины - в направлении большей освещенности - незаметно брюшко. Важна такая окраска и для хищников (дельфинов, акул и др.) и для их жертв.
Иной вариант скрывающей окраски - расчленяющая окраска. Она характеризуется чередованием на теле темных и светлых полос и пятен, соответствующим смене света и тени в привычной для вида среде обитания (рис. 19.7). Подобное совпадение делает организм незаметным благодаря нарушению представления о его форме. Например, тигр охотится в засаде на опушках, где пучки желтой травы чередуются с темной почвой. Зебра, питаясь листвой кустарников, в саванне практически незаметна на фоне многостволия. Кроме этого, расчленяющая окраска нарушает представление о контурах тела, что делает ее еще более эффективной.
Рис. 19.7.
Однако нередко у животных наблюдается не скрывающая окраска тела, а, напротив, привлекающая внимание, демаскирующая. Такая окраска свойственна ядовитым, обжигающим или жалящим насекомым: пчелам, осам, жукам-нарывникам. Божью коровку, очень заметную, птицы никогда не склевывают из-за выделяемого насекомым ядовитого секрета. Яркую предупреждающую окраску имеют несъедобные гусеницы, многие ядовитые змеи. Яркая окраска заранее предупреждает хищника о бесполезности и опасности нападения. Путем «проб и ошибок» хищники быстро приучаются избегать нападения на жертву с предупреждающей окраской.
Эффективность предостерегающей окраски явилась причиной очень интересного явления - подражания, или мимикрии (от греч. mimikos - подражательный). Мимикрией называется сходство беззащитного или съедобного вида с одним или несколькими неродственными видами, хорошо защищенными и обладающими предостерегающей окраской. С божьей коровкой размерами, формой тела и распределением пигментных пятен очень сходен один из видов тараканов. Некоторые съедобные бабочки подражают формой тела и окраской ядовитым бабочкам, мухи - осам. Возникновение мимикрии связано с накоплением под контролем естественного отбора мелких удачных мутаций у съедобных видов в условиях их совместного обитания с несъедобными.
Понятно, что подражание одних видов другим оправдано: истреблению подвергается значительно меньшая часть особей и того вида, который послужил моделью, и вида-подражателя. Необходимо, однако, чтобы численность вида-подражателя была значительно меньше численности модели. В противном случае мимикрия не приносит пользы: у хищника не будет вырабатываться стойкий условный рефлекс на форму или окраску, которую следует избегать. Каким же образом численность вида-имитатора поддерживается на низком уровне? Оказалось, что генофонд этих видов насыщен летальными мутациями. В гомозиготном состоянии эти мутации вызывают гибель насекомых, в результате чего высокий процент особей не доживает до половозрелого состояния.
Кроме защитной - покровительственной окраски у животных и растений наблюдаются и другие средства зашиты. У растений нередко образуются иглы и колючки, защищающие их от поедания травоядными животными (кактусов, шиповника, боярышника, облепихи и др.). Такую же роль играют ядовитые вещества, обжигающие волоски, например у крапивы. Кристаллы щавелевокислого кальция, накапливающиеся в шипах некоторых растений, предохраняют их от поедания гусеницами, улитками и даже грызунами. Образования в виде твердого хитинового покрова у членистоногих (жуков, крабов), раковин у моллюсков, чешуи у крокодилов, панциря у броненосцев и черепах хорошо защищают их от многих врагов. Этому же служат иглы у ежа и дикобраза. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, т.е. преимущественного выживания лучше защищенных особей.
Поведение. Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение. Защитное действие предупреждающей окраски повышается при сочетании ее с соответствующим поведением. Например, выпь гнездится в камышах. В минуты опасности она вытягивает шею, поднимает вверх голову и замирает. В такой позе ее трудно обнаружить даже на близком расстоянии. Многие другие животные, не обладающие средствами активной защиты, в случае опасности принимают позу покоя и замирают (насекомые, рыбы, амфибии, птицы). Предостерегающая окраска у животных, наоборот, сочетается с демонстративным поведением, отпугивающим хищника.
Помимо затаивания или демонстративного, отпугивающего поведения при приближении врага существует много других вариантов приспособительного поведения, обеспечивающего выживаемость взрослых особей или молоди. Сюда относится запасание корма на неблагоприятный сезон года. Особенно это относится к грызунам. Например, полевка-экономка, распространенная в таежной зоне, собирает зерна злаков, сухую траву, корешки - всего до 10 кг. Роющие грызуны (слепыши и др.) накапливают до 14 кг кусочков корней дуба, желудей, картофеля, степного горошка. Большая песчанка, живущая в пустынях Средней Азии, в начале лета срезает траву и затаскивает ее в норы или оставляет на поверхности в виде стожков. Корм этот используется во второй половине лета, осенью и зимой. Речной бобр собирает обрубки деревьев, веток и пр., которые складывает в воду возле своего жилища. Склады эти могут достигать объема 20 м 3 . Запасы кормов делают и хищные животные. Норка, некоторые хорьки и псовые запасают лягушек, ужей, мелких зверьков и т.д., умертвляя их и закапывая в определенных местах.
Примером приспособительного поведения служит и время наибольшей активности. В пустынях многие животные выходят на охоту ночью, когда спадает зной. Специализация активности животных по времени суток привела, к примеру у птиц, к возникновению целых экологических групп видов. Так, «ночные хищники» (совы, филины и др.) охотятся ночью, а «дневные» - сокол, беркут, орел - при свете дня.
Опорные точки
- Вся организация любого вида живых организмов является приспособительной к тем условиям, в которых он обитает.
- Приспособления организмов к среде обитания проявляются на всех уровнях организации: биохимическом, цитологическом, гистологическом и анатомическом.
- Физиологические адаптации - пример отражения структурных особенностей организации в данных условиях существования.
- 1. Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования.
- 2. Почему у некоторых видов животных наблюдается яркая демаскирующая окраска?
- 3. В чем сущность явления мимикрии?
- 4. Каким путем поддерживается низкая численность вида-подражателя?
- 5. Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.
Забота о потомстве. Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов. Забота о потомстве может проявляться в разной форме. Многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя и кусая приближающихся возможных врагов. Азовские и каспийские бычки откладывают икру в ямки, вырытые в илистом дне, и охраняют ее затем в течение всего развития. Самец колюшки строит гнездо с входом и выходом. Некоторые американские сомы прилепляют икру на брюхо и носят ее на себе все время развития. Многие рыбы вынашивают икру во рту или даже в желудке. В это время родитель ничего не ест. Вылупившиеся мальки некоторое время держатся вблизи самки (или самца, в зависимости от вида) и при опасности прячутся в рот матери. Существуют виды лягушек, у которых икринки развиваются в специальной выводковой сумке на спине или в голосовых мешках самца.
Наибольшая безопасность потомства достигается, очевидно, тогда, когда зародыши развиваются в теле матери (рис. 19.8). Плодовитость в этих случаях (как и при других формах заботы о потомстве) снижается, однако это компенсируется возрастанием выживаемости молоди.
Рис. 19.8.
У членистоногих и низших позвоночных образующиеся личинки ведут самостоятельный образ жизни и не зависят от родителей. Но в некоторых случаях забота родителей о потомках проявляется в форме обеспечения их пищей. Знаменитый французский естествоиспытатель Ж.А. Фабр впервые описал такое поведение у одиночных ос. Осы нападают на жуков, пауков, сверчков, богомолов, гусениц различных бабочек, обездвиживают их, погружая жало точно в нервные узлы (рис. 19.9), и откладывают на них яйца.
Рис. 19.9. Одиночная оса тащит в свое гнездо парализованного кузнечика: будущая личинка обеспечена пищей
Вылупляющиеся личинки ос обеспечены пищей: они питаются тканями живой жертвы, растут и затем окукливаются.
Описанные примеры заботы о потомстве у членистоногих и низших позвоночных встречаются у очень небольшого числа видов. В большинстве случаев оплодотворенные яйца оставляются на произвол судьбы. Именно этим объясняется очень высокая плодовитость беспозвоночных и низших позвоночных животных. Большое число потомков в условиях высокой истребляемости молоди служит средством борьбы за существование вида в целом.
Значительно более сложные и многообразные формы заботы о потомстве наблюдаются у высших позвоночных. Сложные инстинкты и способность к индивидуальному обучению позволяют им со значительно большим успехом выращивать потомство. Так, птицы откладывают оплодотворенные яйца в специальные сооружения - гнезда , а не просто в окружающую среду, как поступают все виды нижестоящих классов. Яйца развиваются под влиянием тепла, сообщаемого им телом родителей, и не зависят от случайностей погоды. Гнездо родители защищают от врагов теми или иными способами. Выведшихся птенцов большинство видов птиц не оставляют на произвол судьбы, а длительное время выкармливают и охраняют. Все это резко повышает эффективность размножения в этой группе животных.
Наивысшей степени развития достигают формы поведения у млекопитающих животных. Это проявляется и в отношении к детенышам. Звери не только кормят свое потомство, но и обучают ловить добычу. Еще Дарвин отмечал, что хищные звери учат своих детенышей избегать опасностей, в том числе охотников.
Таким образом, особи с более совершенными формами заботы о потомстве выживают в большем числе и передают эти черты далее по наследству из поколения в поколение.
Физиологические адаптации. Соответствующая форма и окраска тела, целесообразное поведение обеспечивают успех в борьбе за существование только тогда, когда эти признаки сочетаются с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, т.е. физиологическими адаптациями. Без таких адаптаций невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Рассмотрим некоторые примеры.
У наземных амфибий большое количество воды теряется через кожу. Однако многие их виды проникают даже в пустыни и полупустыни. Выживание амфибий в условиях недостатка влаги в этих местообитаниях обеспечивается целым рядом приспособлений. У них меняется характер активности: она приурочивается к периодам повышенной влажности. В умеренной зоне жабы и лягушки активны ночью и после выпадения дождей. В пустынях лягушки охотятся только ночью, когда влага конденсируется на почве и на растительности, а днем укрываются в норах грызунов. У пустынных видов амфибий, размножающихся во временных водоемах, личинки развиваются очень быстро и в сжатые сроки совершают метаморфоз.
Разнообразные физиологические адаптации к жизни в неблагоприятных условиях выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды. Птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд, лишившись воды, резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы.
У человека плохо регулируется солевой обмен, и поэтому он не может долго обходиться без пресной воды. Но рептилии и птицы, проводящие большую часть жизни в морских просторах и пьющие морскую воду, приобрели специальные железы, позволяющие им быстро избавляться от избытка солей.
Очень интересны приспособления, развивающиеся у ныряющих животных. Многие из них могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода. Например, тюлени ныряют на глубину 100-200 и даже 600 м и находятся под водой 40-60 мин. Что позволяет ластоногим нырять на столь длительный срок? Это прежде всего большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, - миоглоби- на. Миоглобин способен в 10 раз больше связывать кислород, чем гемоглобин. Кроме того, в воде целый ряд приспособлений обеспечивает гораздо более экономное расходование кислорода, чем при дыхании на поверхности.
Путем естественного отбора возникают и совершенствуются приспособления, облегчающие поиск пищи или партнера для размножения. Поразительно чувствительны органы химического чувства насекомых. Самцов непарного шелкопряда привлекает запах ароматической железы самки с расстояния 3 км. У некоторых бабочек чувствительность рецепторов вкуса в 1 тыс. раз превосходит чувствительность рецепторов человеческого языка. Ночные хищники, например совы, превосходно видят в условиях слабого освещения. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если разница их температур составляет всего 0,2 °С. Многие животные прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации (летучие мыши, совы, дельфины).
Относительный характер приспособленности организмов. Строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой видовой признак или свойство, носящие приспособительный характер, целесообразны в данной среде, в данных жизненных условиях. Так, все особенности строения и поведения кошки целесообразны для хищника, подстерегающего добычу в засаде: мягкие подушечки на пальцах и втягивающиеся когти, делающие походку бесшумной; огромный зрачок и высокая чувствительность сетчатки, позволяющие видеть в темноте; тонкий слух и подвижные ушные раковины, дающие возможность точно определять местонахождение жертвы; способность длительное время выжидать появления добычи и совершать молниеносный прыжок; острые зубы, удерживающие и разрывающие жертву. Точно так же организация насекомоядных растений приспособлена к ловле и перевариванию насекомых и даже мелких позвоночных (рис. 19.10).
Рис. 19.10.
Приспособления не появляются в готовом виде, а представляют результат отбора случайных наследственных изменений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретных условиях.
Ни один из приспособительных признаков не обеспечивает абсолютной безопасности для их обладателей. Благодаря мимикрии большинство птиц не трогает ос и пчел, однако есть среди них виды, которые едят и ос, и пчел, и их подражателей. Еж и птица-секретарь без вреда поедают змей. Панцирь наземных черепах надежно защищает их от врагов, но хищные птицы поднимают их в воздух и разбивают о землю.
Любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке. При изменении условий среды они оказываются бесполезными или вредными для организма. Постоянный рост резцов грызунов - очень важная особенность, но лишь при питании твердой пищей. Если крысу держать на мягкой пище, резцы, не изнашиваясь, вырастают до таких размеров, что питание становится невозможным.
Таким образом, любая структура и любая функция являются приспособлением к характерной для вида внешней среде или, как говорят современные ученые, «здесь и сейчас». Эволюционные изменения - образование новых популяций и видов, возникновение или исчезновение органов, усложнение организации - обусловлены развитием приспособлений (адаптаций). Целесообразность живой природы - результат исторического развития видов в определенных условиях, поэтому она всегда относительна и имеет временный характер.
Опорные точки
- Забота о потомстве возникает как способ обеспечения выживания вида на фоне высокой степени развития нервной системы и является одной из форм физиологических адаптаций.
- Любые приспособления, в том числе и обусловленные поведенческими реакциями, относительны и целесообразны только в конкретных условиях существования.
Вопросы и задания для повторения
- 1. Почему у видов животных, заботящихся о потомстве, число потомков уменьшается? Приведите примеры.
- 2. В чем заключается относительный характер приспособительных признаков у организмов? Приведите примеры, характерные для растений и животных.
6. Возникновение приспособлений. Относительный хар-р приспос-ти.
Адаптация - это гармония организма со средой обитания (в широком смысле). Адаптация - это специальные морфофизиологические св-ва, способные обеспечить выживание и размножение организмов в концертных усл-х среды (в узком смысле). Группа адаптации - средства пассивной защиты - это такие ос-ти, кот-е, одним лишь своим присутствием определяют большую вероятность выживания особей в борьбе за существование. а) твёрдые защитные покровы; б) способность сворачиваться в шар (многоножка, броненосец); в) иглы и колючки; г) жгучие волоски у растений, стрекательные кл-ки у животных; д) приспособительная окраска и строение (форма) тела - покровительная окраска (сезонная окраска (куропатка)); расчленяющая окраска (тигр); противотень (рыбы); яркоокрашеные особи (предостерегающая окраска); мимикрия - подражательная окраска и поведение, маскировка, сходство с несъедобными объектами; е) сложные адаптации (возникли путём мелких наследственных уклонений) насекомоядность у растений, симбиоз.
Приспособленность орг-ов явл-ся рез-том действия движ-х сил эволюции в данных усл-ях сущ-я. Любая приспособленность помогает орг-мам выжить лишь в тех усл-ях, в которых она сформировалась под влиянием движущих сил эволюции. В этих условиях она относительна (в яркий день зимой белая куропатка выдаёт себя тенью на снегу. Заяц-беляк, незаметный на снегу в лесу, видный на фоне тёмных стволов.). У орг-мов встречаются ненужные органы и признаки. Все эти многие и др-е факторы говорят, что приспо-сть не абсолютна, а относительна.
7. Микроэволюция. Видообразование. Результаты эволюции.
Микроэволюция - эволюционные процессы, протекающие внутри вида и приводящие новых, внутривидовых группировок: популяций и подвидов. Популяция - элементарная эволюционная структура. Подвид – гр-па популяций данного вида – морфофизиологически отличающиеся от всех других популяций внутри вида. Мутация - элементарный, эволюционный материал.
Элементарное эволюционное явление - изменение генофонда популяции. Генофонд – совокупность генотипов всех особей популяции. Генотип – совокупность генов отдельной особи. Элементарный эволюционный фактор, направляющий эволюционный процесс - естественный отбор.
Образование новых видов в природе происходит под влиянием движущих сил эволюции. При изменении условий сущ-я внутри вида происх-т процесс расхождения признаков дивергенции, кот-я приводит к образованию новых группировок, особей внутри вида. Начальные этапы эволюционного процесса, протекают внутри вида и приводят к обр-ю новых внутривидовых группировок - популяций подвидов (этот процесс наз-ся микроэволюция). Географическое видообразование - связано с расширением ареала исходного вида или с расчленением его на изолированные части - физическими преградами (реки, озёра, горы, климат...). Экологическое видообразование - происх-т в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах одного ареала, но условия обитания у них различные (изменяется их генный состав).
Результаты эволюции. Эволюция имеет 3 тесно связанных важных следствия:
1)Постепенное уссложнение и повышение организации живых существ.
2)Относительная приспособленность организмов к условиям окр-ей среды.
3)Многообразие видов.
Критерии вида: 1.Морфологический критерий - сходства внешнего и внутреннего строения. 2.Экологический критерий - растения имеют различные места произрастания. 3.Географический критерий - ареал. 4.Физиологический критерий: невозможность скрещивания видов - основной смысл. Их ограничивают физиологические возможности. 5.Генетический к. - определяет всю суть вида (набор хромосом). Он не играет огромной роли, т.е. его с виду не различить.
8. Док-ва эволюции органического мира.
Макроэволюция – процесс образ-я из видов новых родов, из родов – новых семейств и т.п. Она происходит в большие промежутки времени и недоступна непосредственному изучению. В макроэвол-ии действуют те же процессы – естест-ый отбор и связанное сним вымирание, борьба за сущ-е. Макроэвол-я носит дивергентный хар-р, так же как и микроэволюция.
Эмбриологические док-ва.
Ещё Ч. Дарвин отметил, что имеются взаимосвязи между индивидуальным развитием орг-мов и их эволюционным разви-ем. Затем эти связи были подробно изучены другими учёными. Сходство зародышей. Очень сходна внутренняя организация зародышей рыбы, кролика, ящерицы и человека: у всех сначала имеется хорда, затем позвоночник из хрящевых позвонков, кровеносная система с одним кругом кро-я. По ходу последующего развития сходство между зародышами ослабевает. Всё выше перечисленное говорит о происх-ии всех хордовых от одного ствола, кот-ый распался по ходу эволюции на множество ветвей. Биогенетич-ий закон. Немецкие учёные установили закон соотн-я онтогенеза. Согласно ему каждая особь в онтогенезе есть краткое повторение филогенеза (история развития своего вида). Например у головастиков бесхвостых земноводных развивается хвост – повторение признаков их хвостатых предков.
Палеонтологич-е док-ва.
Палеонтология изучает ископаемые ост-ки вымерших организмов и выявляет их сходство и различие с современными организмами. Палеонтологи по ископаемым остаткам восстан-ют внешний вид и стр-е вымерших орг-мов, узнают о растит-ном, а так же животном мире прошлого. Палеонтологич-е нах-ки говорят о связях между различ-ми систематич-ми гр-ми. В одних сл-ях смогли установить перех-е формы, в других – филогенетич-е ряды (ряды видов, послед-но сменяющих один другой). Ископаемые переходные формы. Была найдена гр-па зверозубых рептилий. Они совмещают признаки пресмыкающихся и млекопит-х. Такие организмы относят к переходным формам. Зверозубые рептилии имеют сходство с млекопит-ми в строении черепа, конечн-тей и позвно-ка, а также в делении зубов на коренные, резцы и клыки. Археоптерикс – животное, величиной с голубя имело признаки птицы, но сохраняло ещё черты пресм-щихся. Признаки птиц были явными: сходство задних конечностей с цевкой, наличие перьев. Признаки пресм-хся: брюшные рёбра, хвостовые позвонки и наличие зубов. Ар-кс врядли мог хорошо летать, т.к. у него грудная кость без киля, слабые грудные мышцы и мышцы крыльев. Филогенетич-е ряды. Палеонтологам удалось восстан-ть филогенетич-е ряды животных. Примером может послужить эволюция лошади. Наиб-ее др-ий её предок ростом с лисицу, конечности были четырёхпалыми и т.д. , передвигался скачками. Но потом условия жизни поменялись в худьшую сторону и спасаться от врагов он мог теперь только при быстром беге. В процессе борьбы за сущ-е ноги его удлиннялись и уменьшалось колич-во пальцев, дотигающих почвы, упрочения позв-ика, что спос-ло быстрому бегу и т.д.
Система растений и животных - отображение эволюции.
Эволюция жизни на земле осущ-ся микро- и макро- эволюционными процессами в их единстве. Сейчас организмы распределяют по группировкам, используя систематические категории: тип (отдел - для растений), класс, отряд (порядок для растений), семейство, род, вид. Для обширных систематич-х гр-пп добавляют промежуточные категории: под типы, под классы и д. р. Многочисленность систематич-х категорий вызывается чрезвычайным многообразием видов и стремление учёных дать такую систему, кот-я отображала бы родственные связи между группами организмов. Каждая высшая систематическая группа, начиная от рода объединяет группы состоящие по рангу ниже и имеющие общего предка. Род объединяет виды, произошедшие от одного предка и оказавшиеся и оказавшиеся, в рез-те борьбы за существование и естественного отбора способными сущ-ть и успешно размножаться в различных геогр-х, и эк-х усл-ях. Эволюция имеет 3 тесно связанных важнейших следствия: 1.Постепенное усложнение и повышение организации живых существ. 2.Относительная приспособленность организмов внешней среды. 3.Многообразие видов.
Тема: Приспособленность организмов к среде обитания и ее относительный характер.
Цель: сформировать понятие приспособленности организмов к среде обитания, знание о механизмах возникновения приспособленности как результата эволюции.
Ход урока.
1. Организационный момент.
2. Повторение изученного материала.
В форме фронтальной беседы предлагается ответить на вопросы:
Что является поставщиком материала для отбора в популяции?
Назовите единственную направляющую движущую силу эволюции.
В природе существует несоответствие между способностью организмов к неограниченному размножению и ограниченностью ресурсов. Это является причиной …? борьбы за существование, в результате которой выживают особи наиболее приспособленные к условиям окружающей среды.
3.Изучение нового материала.
1). Приспособленность.
- Эволюция имеет три связанных следствия:
1. Постепенное усложнение и повышение организации живых существ.
2. Многообразие видов.
3. Относительная приспособленность организмов к условиям внешней среды.
? Как вы считаете, какое значение имеет приспособленность для организма?
Ответ: Приспособленность к условиям среды повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомства.
Как вам известно, наиболее весомый вклад в развитие эволюционных представлений в 18-19 вв. внесли К.Линней, Ж.Б. Ламарк, Ч.Дарвин.
-?Возникает вопрос, как образуются приспособления?
Попробуем объяснить образование хобота у слона с точки зрения К.Линнея, Ж.Б. Ламарка, Ч.Дарвина.
К.Линней: приспособленность организмов – проявление изначальной целесообразности. Движущей силой является Бог. Пример: слонов, как и всех животных создал Бог. Поэтому все слоны с момента возникновения обладают длинным хоботом.
Ж.Б.Ламарк : идея о врожденной способности организмов изменяться под воздействием внешней среды. Движущей силой эволюции является стремление организмов к совершенству. Пример: слоны при добывании пищи вынуждены были постоянно вытягивать свою верхнюю губу, чтобы достать пищу (упражнение). Этот признак передается по наследству. Так возник длинный хобот слонов.
Ч.Дарвин : среди множества слонов были животные с хоботами разной длины. Те из них, у кого хобот был немного длиннее, более успешно добывали себе пищу и выживали. Этот признак передавался по наследству. Так, постепенно, возник длинный хобот слонов.
Задание: -Попробуйте распределить предложенные утверждения по трем категориям:
# Соответствует взглядам Линнея;
# Соответствует взглядам Ламарка;
# Соответствует взглядам Дарвина.
1. Приспособления возникают в результате новых мутаций.
2. Приспособленность организмов – проявление изначальной целесообразности.
3. Организмы обладают врожденной способностью изменяться под воздействием внешней среды.
4. Приспособления закрепляются в результате естественного отбора.
5. Одна из движущих сил эволюции – стремление организмов к совершенству.
6. Одна из движущих сил эволюции – борьба за существование.
7. Одна из движущих сил эволюции – упражнение или неупражнение органов в определенных условиях среды.
8. Движущая сила возникновения приспособленности – Бог.
9. Приобретенные в ходе взаимодействия особи со средой признаки передаются по наследству.
Ответ: Линней -2,8; Ламарк – 3,5,7,9; Дарвин – 1,4,6.
Впервые материалистическое объяснение происхождения приспособленности дал Ч.Дарвин. Решающую роль в возникновении адаптаций играет непрерывно действующий естественный отбор. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и естественного отбора в ряду поколений.
ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ организмов или адаптация – совокупность тех особенностей строения, физиологии и поведения, которые обеспечивают для данного вида возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.
Механизм возникновения приспособленности:
Изменение условий жизни → индивидуальная наследственная изменчивость → естественный отбор → приспособленность.
Типы адаптаций:
1. Морфологические адаптации (изменение строения тела): обтекаемая форма тела у рыб и птиц; перепонки между пальцами у водоплавающих животных; густой шерстный покров у северных млекопитающих; плоское тело у придонных рыб. Стелящаяся и подушкообразная форма у растений в северных широтах и высокогорных районах.
2. Покровительственная окраска. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Примеры:
На Крайнем Севере многие животные окрашены в белый цвет (белый медведь, белая куропатка).
–У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают с чередованием тени и света окружающей местности (мало заметны на расстоянии 50-70 метров).
У открыто гнездящихся птиц (глухарь, тетерев, рябчик) самка, сидящая на гнезде, почти неотличима от окружающего фона.
3. Маскировка. Маскировка – приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например: гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки; насекомых, живущих на коре дерева (жуки, усачи) можно принять за лишайники; форма тела палочника; слияние камбалы с фоном морского дна.
4 . Мимикрия. Мимикрия – подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида. Например: некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых (муха-журчалка –оса, ужи тропические – ядовитые змеи). Цветки львиного зева похожи на шмелей – насекомые пытаются завязать брачные отношения, что способствует опылению. Мимикрия- результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование.
5. Предупреждающая (угрожающая) окраска. Яркая предостерегающая окраска хорошо защищенных ядовитых, жалящих форм: клопа-солдатика, божьей коровки, осы, колорадского жука, окраска шмеля, черные и оранжевые пятна гусениц и т.д.
6. Физиологические адаптации: приспособленность процессов жизнедеятельности к условиям обитания; накопление жира пустынными животными перед наступлением засушливого сезона (верблюд); железы, избавляющие от избытка солей у рептилий и птиц, обитающих у моря; сохранение воды у кактусов; быстрый метаморфоз у пустынных амфибий; теплолокация, эхолокация; состояние частичного или полного анабиоза.
7. Поведенческие адаптации: изменения поведения в тех или иных условиях; забота о потомстве; образование отдельных пар в брачный период, а зимой объединение в стаи, что облегчает пропитание и защиту (волки, многие птицы); отпугивающее поведение (жук-бомбардир, скунс); замирание, имитация ранения или смерти; спячка, запасание корма.
8. Биохимические адаптации связаны с образованием в организме определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на других животных; яды змей, скорпионов, антибиотики грибов, бактерий; кристаллы щавелевокислого калия в листьях или колючках растений (кактус, крапива)
9. Приспособления к абиотическим факторам (например, холоду):
У животных : густая шерсть, толстый подкожный слой жира, перелет на юг, зимняя спячка, запасание корма на зиму.
У растений : листопад, холодостойкость, сохранение вегетативных органов в почве, наличие видоизменений (луковицы, корневища и др. с запасом питательных веществ).
10. Способы добывания пищи.
У животных : - объедание листьев на высоких деревьях (длинная шея); захват с помощью ловчих сетей (плетение паутины и создание др. разнообразных ловушек) и подстерегание объектов питания;
Особое строение пищеварительных органов для вылавливания насекомых из узких нор; ловли летающих насекомых; многократного пережевывания грубой пищи (липкий длинный язык, многокамерный желудок и др.)
Схватывание и удержание добычи хищными млекопитающими и птицами (хищные зубы, когти, крючковатый клюв).
У растений : интенсивное развитие корней и корневых волосков→поглощение воды и минеральных солей; широкие тонкие листья, листовая мозаика→поглощение солнечной энергии; захват и переваривание мелких животных→насекомоядные растения.
11. Защита от врагов.
У животных: быстрый бег; иглы, панцирь; отпугивающий запах; покровительственная. предостерегающая и др. типы окраски; стрекательные клетки.
У растений: колючки; розеточная форма, недоступная для скашивания; ядовитые вещества.
12.Обеспечение эффективности размножения.
У животных : привлечение полового партнера: яркое оперение, «корона рогов»; песни; брачные танцы.
У растений : привлечение опылителя: нектар; пыльца; яркая окраска цветков или соцветий, запах.
13. Расселение на новые территории.
У животных : миграции-перемещения стад, колоний, стай в поисках пропитания и подходящих условиях для размножения (перелеты птиц, кочевки антилоп, зебр, заплывы рыб).
У растений: распространение семян и спор: цепкие крючки, колючки; хохолки, крылатки, летучки для переноса ветром; сочные плоды и др.
2. Относительный характер приспособленности.
Еще Ч. Дарвин подчеркивал, что все приспособления, сколько бы совершенными они ни были, носят относительный характер. Приспособленность относительна и любое приспособление помогает выживать лишь в тех условиях, в которых оно сформировалось. При изменении условий ранее полезный признак может превратиться во вредный и привести к гибели организма.
Доказательствами относительности приспособлений могут служить следующие факты:
Белая куропатка выдает себя тенью на снегу. Заяц-беляк виден на фоне темных стволов. Ночная бабочка летит на огонь (собирают нектар со светлых цветков ночью). Крылья стрижа обеспечивают ему очень быстрый и маневренный полет, но не позволяют взлететь, если птица случайно окажется на земле (стрижи гнездятся только на высоких обрывах). При задержке выпадения снега вовремя перелинявший на зиму заяц-беляк хорошо виден на фоне темной земли. Мелкие птицы продолжают тратить силы на выкармливание кукушонка, который выкинул их потомство из гнезда. Яркая окраска самца павлина обеспечивает ему успех у самок, но одновременно привлекает хищников.
В лесных угодьях ежи собирают на себя клещей, в том числе энцефалитных, больше, чем любые другие зверьки. Иглистым «панцирем» еж, как щеткой, счесывает голодных клещей, забравшихся на лесные травы. От клещей, впившихся между иголками, еж не может избавиться. За весенний сезон каждый еж кормит на себе десятки тысяч клещей. Таким образом, иглистый покров надежно защищает ежа от хищников, но столь же надежно защищает клещей от самого ежа.
Таким образом, приспособленность не абсолютна, а относительна.
Относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе (эволюционная теория Ж.-Б.Ламарка).
3. Закрепление материала. Работа по карточкам.
4. Домашнее задание п.58, вопросы.
Соответствие строения органов выполняемым функциям (например, совершенство летательного аппарата птиц, летучих мышей, насекомых) всегда обращало на себя внимание человека и побуждало исследователей использовать принципы организации живых существ при создании многих машин и приборов. Не меньше поражают воображение гармоничные взаимоотношения растений и животных со средой обитания.
Факты, свидетельствующие о приспособленности живых существ к условиям жизни, столь многочисленны, что не представляется возможным дать сколько нибудь полное их описание. Приведем лишь некоторые яркие примеры приспособительной окраски?
Для защиты яиц, личинок, птенцов особенно важна покровительственная окраска . У открыто гнездящихся птиц (глухарь, гага, тетерев) самка, сидящая на гнезде почти неотличима от окружающего фона. Соответствует фону и пигментированная скорлупа яиц. Интересно, что у птиц, гнездящихся в дупле, самки нередко имеют яркую окраску (синицы, дятлы, попугаи).
Удивительное сходство с веточками наблюдается у палочников. Гусеницы некоторых бабочек напоминают сучки, а тело некоторых бабочек – лист. Здесь покровительственная окраска сочетается с покровительственной формой тела. Когда палочник замирает, то даже с близкого расстояния трудно обнаружить его присутствие – настолько сливается он с окружающей растительностью. Всякий раз, попадая в лес, на луга, в поле, мы даже не замечаем, как много насекомых скрывается на коре, листьях, в траве.
У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают с чередованием тени и света окружающей местности. В этом случае животные малозаметны даже на открытом пространстве с расстояния 50-70 м. Некоторые животные (камбала, хамелеон) способны даже к быстрому изменению покровительственной окраски благодаря перераспределению пигментов в хроматофорах кожи. Эффект покровительственной окраски повышается при ее сочетании с соответствующим поведением: в момент опасности многие насекомые, рыбы, птицы замирают, принимая позу покоя.
Очень яркая предостерегающая окраска (обычно белая, желтая, красная, черная) характерна для хорошо защищенных ядовитых жалящих форм. Несколько раз попытавшись отведать клопа-«солдатика», божью коровку, осу птицы в конце концов отказываются от нападения на жертву с яркой окраской.
Интересные примеры адаптации связанны с мимикрией (от греческого мимос – актер). Некоторые беззащитные и съедобные животные подражают видам, которые хорошо защищены от нападения хищников. Например, некоторые пауки напоминают муравьев, а осовидные мухи внешне схожи с осами.
Эти и многие другие примеры говорят о приспособительном характере эволюции.
Относительность приспособленности.
В додарвиновский период развития биологии приспособленность живых существ служила доказательством бытия божия: без всемогущего творца сама природа не смогла бы так разумно устроить живые существа и так мудро приспособить их к среде. Господствовало мнение, что каждое отдельное приспособление абсолютно, так как соответствует определенной цели, заложенной творцом: ротовые части бабочки вытянуты в хоботок, чтобы она смогла ими достать нектар, спрятанный в глубине венчика; толстый стебель кактусу необходим для запасания воды и др.
Приспособленность организмов к среде выработана в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин и не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении. Доказательством относительного характера приспособленности могут быть следующие факты:
защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других (например, ядовитых змей, опасных для многих животных, поедают мангусты, ежи, свиньи);
проявление инстинктов у животных может оказаться нецелесообразным (ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но так же летят и на огонь, хотя и гибнут при этом);
полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже относительно вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются на воду);
возможны и более совершенные приспособления к данной среде обитания. Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.
Таким образом, относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.
Загрузка...
