Tilpasning av organismer til miljøfaktorer. Tilpasning av organismen til ulike miljøforhold Tilpasning av organismer til miljøforhold

Som du vet, er planeten vår hjemsted for et stort antall forskjellige levende organismer. Hver av dem lever utelukkende under de leveforholdene den er tilpasset. Organismens evne til å tilpasse seg nye funksjoner i miljøet kalles tilpasning. Slik tilpasningsevne er et helt sett med forskjellige trekk ved den fysiologiske strukturen og atferdsegenskapene til en bestemt art, som gir den muligheten til å utføre livsaktiviteter under visse miljøforhold. La oss snakke om funksjonene ved tilpasning av organismer til miljøforhold i litt mer detalj.

Tilpasning er den viktigste delen av den evolusjonære prosessen; den hjelper organismen med å løse visse miljøproblemer som miljøet utgjør for den. Slike problemer løses ved å endre, forbedre og noen ganger til og med forsvinne individer. Disse prosessene bidrar til å oppnå en tilstand av tilpasning av organismer til de økologiske nisjene de okkuperer. Følgelig kan tilpasning betraktes som et bredt grunnlag for utseendet eller forsvinningen av visse organer, oppdelingen av arter i forskjellige, dannelsen av nye populasjoner og varianter, samt komplikasjonen av organisering.

Tilpasning er en kontinuerlig prosess som påvirker en rekke egenskaper ved kroppen.
Noen nye tilpasninger kan bare oppstå dersom et bestemt individ har arvelig informasjon som bidrar til en endring i strukturer eller funksjoner i ønsket retning. Dermed er utviklingen av luftveiene hos pattedyr og insekter bare mulig under kontroll av visse gener.

La oss vurdere de forskjellige typene tilpasning av levende organismer mer detaljert.

Passiv beskyttelse

Under evolusjonen har mange levende individer utviklet visse midler for å beskytte seg selv og deres avkom. Et slående eksempel på en slik tilpasning anses å være beskyttende farge, som et resultat av at individer blir vanskelige å skille og beskyttet mot rovdyr. For eksempel er egg lagt på sand eller bakken farget grått og brunt med forskjellige flekker, og følgelig er de vanskelige å finne blant den omkringliggende jorden. I områder som er utilgjengelige for rovdyr, er egg stort sett fargeløse.

Ørkendyr bruker også samme type tilpasning, fordi fargen deres vanligvis er representert av forskjellige nyanser av gulbrun og sandgul.
Avstøtende farging kan også betraktes som et alternativ for passiv beskyttelse, fordi det bidrar til å beskytte mot rovdyr, som om det advarer om uspisligheten til en bestemt organisme.

I tillegg kan denne typen tilpasning også vurderes i tilfeller hvor organismen utvikler likhet med miljøet. Som eksempler kan vi vurdere biller, som ligner lav, sikader, som ligner på tornene til busker, og pinneinsekter, som ikke kan skilles fra kvister.

Mekanismer for passiv beskyttende tilpasning inkluderer også høy fruktbarhet hos visse individer, samt andre midler, for eksempel hardt belegg i kreps og krabber, pigger, torner og giftige hår i planter.

Relativitet og gjennomførbarhet av tilpasning

Endringer i strukturen og oppførselen til organismer vises som svar på visse miljøoppgaver; følgelig er de forskjellige i relativitet og hensiktsmessighet. Så hvis vi snakker om relativitet, består den i begrensning av slike adaptive endringer avhengig av levekår. Så, for eksempel, blir den spesielle pigmenterte fargen på bjørkemøllsommerfugler, i motsetning til deres hvite varianter, merkbar og verdifull bare hvis du ser dem på en sotet trestamme. Når miljøforholdene endres, vil slike tilpasninger kanskje ikke gi noen fordel for kroppen, og til og med skade den.

For eksempel er aktiv og konstant vekst av fortenner til rotter bare gunstig hvis de får fast føde. Når du bytter til et mykt kosthold, kan fortennene vokse til overdreven størrelse og gjøre det umulig å spise.

Det er også verdt å understreke at adaptive endringer ikke er i stand til å gi sine eiere 100 % beskyttelse. Den spesielle fargen på bier og veps beskytter dem mot å bli spist av mange fugler, men det finnes fuglearter som ikke legger merke til det. Pinnsvin er i stand til å spise giftige slanger. Og det harde skallet som beskytter bakkeskilpadder mot fiender blir ødelagt når rovfugler slipper dem fra en høyde.

Tilpasning av organismer i menneskelivet

Det er de adaptive egenskapene til ulike organismer som forklarer fremveksten av nye bakterier og andre mikroorganismer som er resistente mot medikamenter. Denne trenden er spesielt tydelig når du bruker antibiotika, siden bruken av dem over tid blir ineffektiv. Mikroorganismer kan lære å syntetisere et spesielt enzym som ødelegger stoffet som brukes, eller celleveggene deres blir ugjennomtrengelige for de aktive stoffene i stoffet.

Fremveksten av resistente stammer av mikroorganismer er ofte legers feil som bruker minimale doser medikamenter for å redusere sannsynligheten for bivirkninger. Hvis vi overfører denne egenskapen til omverdenen, blir det tydelig hvordan insekter og pattedyr utvikler resistens mot ulike typer giftstoffer.

De adaptive egenskapene til alle organismer bør betraktes som en del av naturlig utvalg.

Tilpasninger av organismer til miljøet kalles tilpasning. Tilpasninger er enhver endring i strukturen og funksjonen til organismer som øker sjansene deres for å overleve.

Det er to typer tilpasning: genotypisk og fenotypisk.

I følge definisjonen av Great Medical Encyclopedia (BME): "... genotypisk tilpasning skjer på grunn av utvalget av celler med en viss genotype, som bestemmer utholdenhet." Denne definisjonen er ikke perfekt, siden den ikke gjenspeiler hvilken type belastningsutholdenhet refererer til, siden i de fleste tilfeller, mens de oppnår noen fordeler, mister levende organismer andre. Hvis for eksempel en plante tåler et varmt, tørt klima godt, så vil den mest sannsynlig ikke tåle et kaldt og fuktig klima godt.

Når det gjelder fenotypisk tilpasning, er det foreløpig ingen streng definisjon av dette begrepet.

I følge BME-definisjonen, "... fenotypisk tilpasning skjer som en beskyttende reaksjon på virkningen av en skadelig faktor."

I henhold til definisjonen av F.Z. Meyerson "Fenotypisk tilpasning er en prosess som utvikler seg i løpet av et individs liv, som et resultat av at organismen får tidligere fraværende motstand mot en viss miljøfaktor og dermed får muligheten til å leve under forhold som tidligere var uforenlige med livet ..."

Evnen til å tilpasse seg er en av hovedegenskapene til livet generelt, siden det gir selve muligheten for dets eksistens, organismenes evne til å overleve og reprodusere. Tilpasninger manifesterer seg på forskjellige nivåer: fra biokjemien til celler og oppførselen til individuelle organismer til strukturen og funksjonen til samfunn og økologiske systemer. Tilpasninger oppstår og utvikler seg under utviklingen av arter.

Tilpasningsmekanismer

Grunnleggende mekanismer for tilpasning på organismenivå:

1) biokjemisk - manifesterer seg i intracellulære prosesser, som for eksempel en endring i arbeidet til enzymer eller en endring i deres mengde;

2) fysiologisk - for eksempel økt svette med økende temperatur hos en rekke arter;

3) morfo-anatomisk - trekk ved strukturen og formen til kroppen assosiert med livsstil;

4) atferdsmessig - for eksempel dyr som søker etter gunstige habitater, skaper huler, reir, etc.;

5) ontogenetisk - akselerasjon eller retardasjon av individuell utvikling, fremmer overlevelse når forholdene endres.

La oss se på disse mekanismene mer detaljert.

Biokjemiske mekanismer. Dyr som lever i kystsonen (litoral) i havet er godt tilpasset effekten av ugunstige miljøfaktorer, og takket være et sett med tilpasninger, er de i stand til å overleve under forhold med oksygenmangel. Spesielt: de har utviklet ytterligere mekanismer for å konsumere oksygen fra miljøet; de er i stand til å opprettholde kroppens indre energiressurser ved å bytte til anaerobe metabolske veier; de reduserer den totale metabolske hastigheten som svar på lave oksygenkonsentrasjoner i sjøvann. Dessuten regnes den tredje metoden som den viktigste og en av de viktigste mekanismene for tilpasning til mangel på oksygen for mange arter av marine bløtdyr. Under periodiske uttørkingshendelser som følge av tidevannssykluser, eksponeres muslinger mellom tidevann for kortvarig anoksi og skifter metabolisme til en anaerob bane. Som et resultat regnes de som typiske fakultative anaerobe organismer. Det er kjent at stoffskiftet i marine bivalvia under anoksi avtar med mer enn 18 ganger. Ved å redusere stoffskiftet påvirker hypoksi/anoksi betydelig veksten og mange andre fysiologiske egenskaper til bløtdyr.

I løpet av evolusjonen har marine muslinger utviklet et sett med biokjemiske tilpasninger som lar dem overleve de negative effektene av kortvarig anoksi. På grunn av deres tilknyttede livsstil, er biokjemiske tilpasninger hos muslinger mer mangfoldige og mer uttalte enn hos frittlevende organismer, som først og fremst har utviklet atferdsmessige og fysiologiske mekanismer for å unngå kortsiktige negative miljøpåvirkninger.

Flere mekanismer for å regulere metabolske nivåer er beskrevet i marine bløtdyr. En av dem er en endring i hastigheten på glykolytiske reaksjoner. For eksempel er Bivalvia preget av allosterisk regulering av enzymaktivitet under anoksiske forhold, hvor metabolitter påvirker spesifikke enzymloci. En av de viktige mekanismene for å redusere hastigheten på generell metabolisme er reversibel fosforylering av proteiner. Slike endringer i strukturen til proteiner forårsaker betydelige endringer i aktiviteten til mange enzymer og funksjonelle proteiner involvert i alle livsprosesser i kroppen. For eksempel, i Littorea littorea, som i de fleste anoksi-tolerante bløtdyr, hjelper reversibel fosforylering av noen glykolytiske enzymer å omdirigere karbonstrømmen til den anaerobe banen for enzymatisk metabolisme, samt undertrykke hastigheten på den glykolytiske banen.

Selv om en reduksjon i metabolsk hastighet er en kvantitativt gunstig mekanisme som fremmer overlevelsen av marine bløtdyr under anoksiske forhold, spiller aktivering av modifiserte metabolske veier også en viktig rolle i prosessene for tilpasning av marine bløtdyr til lave oksygenkonsentrasjoner i sjøvann. Under disse reaksjonene øker utbyttet av ATP betydelig og det dannes ikke-sure og/eller flyktige sluttprodukter, som igjen bidrar til å opprettholde cellehomeostase under anoksiske forhold.

Så biokjemisk tilpasning er ofte en siste utvei som en organisme tyr til når den ikke har noen atferdsmessige eller fysiologiske midler for å unngå de negative effektene av miljøet.

Siden biokjemisk tilpasning ikke er en enkel vei, er det ofte lettere for organismer å finne et passende miljø gjennom migrasjon enn å gjenoppbygge kjemien i cellen. Når det gjelder festede marine kystmuslinger, er migrasjon til gunstige miljøforhold umulig; derfor har de velutviklede metabolske reguleringsmekanismer som lar dem tilpasse seg den stadig skiftende kystsonen i havet, som er preget av periodisk tørking.

Fysiologiske mekanismer. Termisk tilpasning er forårsaket av et sett med spesifikke fysiologiske endringer. De viktigste er økt svetting, en reduksjon i temperaturen i kjernen og skallet i kroppen, og en reduksjon i hjertefrekvensen under trening når temperaturen øker (tabell 1).

Tabell 1. Adaptive fysiologiske endringer hos mennesker under forhold med forhøyet omgivelsestemperatur

	Endringer
Svette	En raskere begynnelse av svette (under arbeid), dvs. en reduksjon i temperaturterskelen for svette. Økt svettehastighet
Blod og sirkulasjon	Jevnere fordeling av svette over overflaten av kroppen. Redusert saltinnhold i svette. Redusert hjertefrekvens. Økt blodgjennomstrømning i huden. Økt systolisk volum. Økt sirkulerende blodvolum. Nedgang i graden av arbeidshemokonsentrasjon. Raskere omfordeling av blod (til hudens vaskulære system). Bringe blodstrømmen nærmere overflaten av kroppen og mer effektivt distribuere den over overflaten av kroppen. Redusere fallet i cøliaki og renal blodstrøm (under arbeid)
Termoregulering	Redusere temperaturen på kjernen og skallet i kroppen i hvile og under muskelarbeid. Økt kroppsmotstand mot forhøyet kroppstemperatur
	Redusere kortpustethet

Morfo-anatomiske mekanismer. Dermed har det velkjente ekornet god morfofunksjonell tilpasningsevne, som gjør at det kan overleve i sitt habitat. De adaptive ytre egenskapene til proteinstrukturen inkluderer følgende:

Skarpe buede klør, slik at du kan klamre deg fast, holde og bevege deg godt på tre;

Sterke og lengre bakbein enn de fremre, som gjør at ekornet kan gjøre store hopp;

En lang og luftig hale som fungerer som en fallskjerm når du hopper og varmer henne i reiret i den kalde årstiden;

Skarpe, selvslipende tenner, slik at du kan tygge hard mat;

Shedding pels, som hjelper ekornet ikke fryse om vinteren og føles lettere om sommeren, og gir også en endring i kamuflasjefargen.

Disse adaptive funksjonene gjør at ekornet enkelt kan bevege seg gjennom trær i alle retninger, finne mat og spise den, flykte fra fiender, lage et rede og oppdra avkom og forbli et stillesittende dyr, til tross for sesongmessige temperaturendringer. Dette er hvordan ekornet samhandler med omgivelsene sine.

Atferdsmekanismer. I tillegg til eksempler på søkeaktivitet for gunstige habitater, læring, atferdsstrategier under trusselforhold (kamp, ​​flukt, frysing), assosiasjon i grupper, konstant motivasjon av hensynet til overlevelse og forplantning, kan et annet slående eksempel gis.

Under naturlige og eksperimentelle forhold i vannmiljøet navigerer både marine og ferskvannsfiskarter ved hjelp av atferdselementer. I dette tilfellet oppstår både romlig og tidsmessig tilpasning til ulike faktorer - temperatur, belysning, oksygeninnhold, strømningshastighet osv. Ganske ofte viser fisk fenomenet spontant valg av en eller annen miljøfaktor, for eksempel orientering langs vannet temperaturgradient. Atferdsmekanismene for fiskens orientering i forhold til temperaturfaktoren i miljøet er ofte like eller litt forskjellige fra reaksjonen til andre faktorer.

Ontogenetiske mekanismer. Systemer for ontogenetisk tilpasning er grunnlaget som sikrer overlevelse og vellykket reproduksjon av et tilstrekkelig antall individer i habitatforholdene som er kjent for befolkningen. Bevaring av dem er så viktig for arters overlevelse at det i evolusjonen oppsto en hel gruppe genetiske systemer som er designet for å tjene som en barriere som beskytter systemer for ontogenetisk tilpasning mot de destruktive effektene av de evolusjonære faktorene som en gang bidro til dannelsen deres.

Det er følgende undertyper av denne typen tilpasning:

Genotypisk tilpasning - utvalg av arvelig bestemt (endring i genotype) økt tilpasningsevne til endrede forhold (spontan mutagenese);

Fenotypisk tilpasning - med dette utvalget begrenses variabiliteten av reaksjonsnormen bestemt av en stabil genotype.

Hos dipteraner, som det, takket være tilstedeværelsen av gigantiske polytenkromosomer i spyttkjertlene, er mulig å identifisere den fine lineære strukturen til kromosomer, finnes ofte hele komplekser av tvillingarter, bestående av flere, nesten morfologisk utskillelige, nært beslektede arter. For andre zoologiske arter som ikke har polytenkromosomer, er en slik subtil cytologisk diagnose vanskelig, men selv for dem, på isolerte øygrupper, kan ofte hele grupper av nært beslektede arter, tydelig av nyere opprinnelse, sterkt divergert fra en felles kontinental stamfar. bli observert. Klassiske eksempler er hawaiiske blomsterfugler, Darwins finker på Galapagosøyene, øgler og snegler på Salomonøyene og mange andre grupper av endemiske arter. Alt dette peker på muligheten for flere arter knyttet til enkeltepisoder av kolonisering, og på utbredt adaptiv stråling, hvis utløsende mekanisme var destabiliseringen av et tidligere stabilt, godt integrert genom.

oppstår i evolusjonsprosessen for at organismen skal løse miljøproblemer presentert av omgivelsene. De er en skiftende, forbedrende, noen ganger forsvinnende tilpasning av organismer til spesifikke miljøfaktorer. Som et resultat av utviklingen av tilpasning oppnås en tilpasningstilstand (eller samsvar med morfologien, fysiologien, oppførselen til organismer) til de økologiske nisjene de okkuperer, som representerer hele settet av miljøforhold og livsstil til en gitt organisme. At. tilpasning kan betraktes som et bredt grunnlag for fremveksten eller forsvinningen av organer, divergens (divergens) av arter, dannelsen av nye populasjoner og arter, og komplikasjonen av organisering.

Prosessen med å utvikle tilpasning skjer konstant og mange tegn på kroppen er involvert i den. [forestilling] .

Utviklingen av fugler fra reptiler inkluderte for eksempel suksessive endringer i bein, muskler, integument og lemmer.

Forstørrelsen av brystbenet, restruktureringen av den histologiske strukturen til beinene, som ga dem letthet sammen med styrke, utviklingen av fjærdrakt, som bestemte bedre aerodynamiske egenskaper og termoregulering, og transformasjonen av et par lemmer til vinger, ga en løsning på flyproblemet.

Noen fuglerepresentanter utviklet senere tilpasninger til en terrestrisk eller akvatisk livsstil (struts, pingvin), og sekundære tilpasninger inkluderte også en rekke egenskaper. Pingviner erstattet for eksempel vingene med finner, og dekslene deres ble vanntette.

Tilpasning dannes imidlertid bare hvis det er en type arvelig informasjon i genpoolen som fremmer endringer i strukturer og funksjoner i ønsket retning. Dermed bruker pattedyr og insekter henholdsvis lunger og luftrør for å puste, som utvikler seg fra ulike primordier under kontroll av ulike gener.

Tilpasning skyldes noen ganger en ny mutasjon, som, når den inkluderes i genotypesystemet, endrer fenotypen i retning av mer effektiv løsning av miljøproblemer. Denne tilpasningsveien kalles kombinativ.

For å løse ett miljøproblem kan ulike tilpasninger brukes. Således tjener tykk pels som et middel for termisk isolasjon hos bjørn og fjellrev, og hos hvaler er det det fete subkutane laget.

Det er flere klassifiseringer av tilpasning.

Ved virkningsmekanisme tildele

Passive beskyttelsesenheter

• beskyttende farge. Takket være den beskyttende fargen blir organismen vanskelig å skille og derfor beskyttet mot rovdyr.
  • Fugleegg lagt på sand eller bakken er grå og brune med flekker, lik fargen på den omkringliggende jorda. I tilfeller hvor egg er utilgjengelige for rovdyr, er de vanligvis fargeløse.
  • Sommerfugllarver er ofte grønne, fargen på bladene, eller mørke, fargen på barken eller jorden.
  • Bunnfisk er vanligvis farget for å matche fargen på sandbunnen (rokker og flyndre). Dessuten har flyndre også muligheten til å endre farge avhengig av fargen på bakgrunnen rundt.
  • Evnen til å endre farge ved å omfordele pigment i kroppens integument er også kjent hos landdyr (kameleon).
  • Ørkendyr har som regel en gulbrun eller sandgul farge.
  • En monokromatisk beskyttende farge er karakteristisk for både insekter (gresshopper) og små øgler, samt store hovdyr (antiloper) og rovdyr (løve).
  • Demonterer beskyttende farge i form av vekslende lyse og mørke striper og flekker på kroppen. Sebraer og tigre er vanskelige å se selv i en avstand på 50-40 m på grunn av sammenfallet av stripene på kroppen med vekslingen av lys og skygge i området rundt. Å dele opp fargelegging forstyrrer ideer om kroppens konturer.
• avvisende (advarende) farge - gir også beskyttelse til organismer fra fiender.

  Lyse farger er vanligvis karakteristiske for giftige dyr og advarer rovdyr om at gjenstanden for angrepet deres er uspiselig. Effektiviteten av advarselsfarging ga opphav til et veldig interessant fenomen med imitasjon - mimikk [forestilling] .

  Mimikk er likheten mellom en forsvarsløs og spiselig art med en eller flere ubeslektede arter som er godt beskyttet og har advarende farger. Fenomenet mimikk er vanlig hos sommerfugler og andre insekter. Mange insekter imiterer stikkende insekter. Biller, fluer og sommerfugler er kjent for å kopiere veps, bier og humler.

  Mimikk forekommer også hos virveldyr - slanger. I alle tilfeller er likheten rent ytre og er rettet mot å danne et visst visuelt inntrykk blant potensielle fiender.

  For å imitere arter er det viktig at antallet er lite sammenlignet med modellen de imiterer, ellers vil ikke fiendene utvikle en stabil negativ refleks til advarselsfargen. Den lave mengden av etterlignende arter støttes av en høy konsentrasjon av dødelige gener i genpoolen.

• likhet av kroppsform med miljøet - biller er kjent som ligner lav, sikader, som ligner tornene til buskene de bor blant. Pinnesekter ser ut som en liten brun eller grønn kvist.

  Den beskyttende effekten av beskyttende farging eller kroppsform øker når den kombineres med passende oppførsel. For eksempel ligner mølllarver i en beskyttende stilling en plantegren. Seleksjon ødelegger individer hvis oppførsel avslører dem.

• høy fruktbarhet
• andre midler for passiv beskyttelse
  • Utviklingen av pigger og nåler i planter beskytter dem mot å bli spist av planteetere
  • Den samme rollen spilles av giftige stoffer som brenner hår (nesle).
  • Kalsiumoksalatkrystaller dannet i cellene til noen planter beskytter dem mot å bli spist av larver, snegler og til og med gnagere.
  • Formasjoner i form av et hardt kitinøst dekke hos leddyr (biller, krabber), skjell hos bløtdyr, skjell hos krokodiller, skjell hos beltedyr og skilpadder beskytter dem godt mot mange fiender. Piggsvinene og pinnsvinene tjener samme formål.

Enheter for aktiv beskyttelse, bevegelse,
leter etter mat eller en avlspartner

• forbedring av bevegelsesapparatet, nervesystemet, sanseorganene, utvikling av angrepsmidler hos rovdyr

  De kjemiske sanseorganene til insekter er utrolig følsomme. Mannlige sigøynermøll tiltrekkes av duften av en kvinnes duftkjertel fra en avstand på 3 km. Hos noen sommerfugler er følsomheten til smaksreseptorer 1000 ganger større enn følsomheten til reseptorene på menneskets tunge. Nattlige rovdyr, som ugler, har utmerket syn i mørket. Noen slanger har velutviklede termolokaliseringsevner. De skiller objekter på avstand hvis temperaturforskjellen deres bare er 0,2 °C.

Tilpasninger til en sosial livsstil - deling av "arbeid" blant bier.

Avhengig av endringens art

• tilpasning med økt morfofysiologisk organisering - fremveksten av lappfinnede fisker på land i Devon, som gjorde at de kunne gi opphav til landlevende virveldyr

  For lappfinnet fisk ble lemmene brukt til å krype langs bunnen av reservoarer. Å svelge luft og bruke oksygen ved å stikke ut tarmveggen – primitive lunger – ga en mulighet til å kompensere for mangelen på oksygen i datidens reservoarer. Disse strukturene gjorde at noen fisk kunne forlate reservoarene en stund. I utgangspunktet fant slike utflukter tilsynelatende sted på regnværsdager eller fuktige netter. Det er akkurat dette den amerikanske steinbiten (Ictalurus nebulosis) gjør for tiden. Disse strukturene utviklet seg deretter til lunger og lemmer til landdyr. Deretter gjennomgikk hele organisasjonen av fisk dyptgripende endringer i prosessen med tilpasning til livet på land.

  Slike endringer under utviklingen av et nytt habitat, utvidelse av funksjonsspekteret basert på strukturer som tidligere utførte andre funksjoner, men endret i en slik retning og i en slik grad at de var i stand til å ta på seg nye funksjoner - kalles pre-tilpasning .

  Fenomenet pre-tilpasning understreker nok en gang evolusjonens adaptive natur, basert på utvalget av nyttige arvelige endringer og progressive transformasjoner av eksisterende strukturer i prosessen med å mestre nye miljøforhold.

  I henhold til skalaen til enheten

  • spesialiserte tilpasninger . Ved hjelp av spesialiserte tilpasninger løser organismen spesifikke problemer i artens trange lokale levekår. For eksempel gir de strukturelle trekkene til maurslukerens tunge mat til mauren.
  • generelle tilpasninger - lar deg løse mange problemer i et bredt spekter av miljøforhold. Disse inkluderer det indre skjelettet til virveldyr og det ytre skjelettet til leddyr, hemoglobin som oksygenbærer, etc. Slike tilpasninger bidrar til utviklingen av ulike økologiske nisjer, gir betydelig økologisk og evolusjonær plastisitet og finnes i representanter for store taxa av organismer. Dermed ga det primære kåte dekket av forfedres former for reptiler i ferd med historisk utvikling opphav til dekkene til moderne reptiler, fugler og pattedyr. Tilpasningsskalaen avsløres under utviklingen av gruppen av organismer der den først dukket opp.

  Dermed er strukturen til levende organismer veldig fint tilpasset eksistensforholdene. Enhver artkarakteristikk eller egenskap er adaptiv i naturen og er hensiktsmessig i et gitt miljø, under gitte leveforhold.

  Relativitet og hensiktsmessighet av organismers egnethet

  Tilpasninger oppstår som svar på et spesifikt miljøproblem, så de er alltid relative og hensiktsmessige. Relativiteten til tilpasning ligger i begrensningen av deres tilpasningsmessige betydning for visse levekår. Dermed er den adaptive verdien av pigmenteringen av bjørkemøllsommerfugler sammenlignet med lyse former åpenbar bare på røkte trestammer.

  Når miljøforholdene endres, kan tilpasninger vise seg å være ubrukelige eller til og med skadelige for kroppen. Den konstante veksten av fortennene til gnagere er en veldig viktig funksjon, men bare når man spiser fast føde. Hvis en rotte holdes på myk mat, vokser fortennene, uten å bli utslitte, til en slik størrelse at mating blir umulig.

  Ingen av de adaptive egenskapene gir absolutt sikkerhet for sine eiere. Takket være mimikk lar de fleste fugler veps og bier være i fred, men det finnes arter som spiser både veps og bier og deres imitatorer. Pinnsvinet og sekretærfuglen spiser giftige slanger uten skade. Skallet til landskilpadder beskytter dem pålitelig mot fiender, men rovfugler løfter dem opp i luften og knuser dem til bakken.

  Den biologiske hensiktsmessigheten av organiseringen av levende vesener manifesteres i harmonien mellom morfologien, fysiologien, oppførselen til organismer av forskjellige arter og deres habitat. Det ligger også i den fantastiske konsistensen av strukturen og funksjonene til individuelle deler og systemer i selve kroppen. Tilhengere av den teologiske forklaringen om livets opprinnelse så i biologisk hensiktsmessighet en manifestasjon av visdommen til naturens skaper. Den teleologiske forklaringen på biologisk hensiktsmessighet er basert på prinsippet om det "endelige målet", ifølge hvilket livet utvikler seg retningsbestemt på grunn av det iboende ønsket om et kjent mål. Siden J.B. Lamarcks tid har det vært hypoteser som kobler biologisk hensiktsmessighet med prinsippet om en adekvat respons fra organismer på endringer i ytre forhold og arven av slike "ervervede egenskaper." Et overbevisende argument til fordel for hensiktsmessigheten av endringer under påvirkning av miljøet har lenge vært anerkjent som det faktum at mikroorganismer "venner seg" til medisiner, sulfonamider, antibiotika. Erfaringene til V. og E. Lederberg viste at dette ikke er tilfelle.

  

  I en petriskål på overflaten av et fast næringsmedium danner mikroben kolonier (1). Ved hjelp av et spesialstempel (2) ble avtrykket av alle kolonier overført til et medium med en dødelig dose antibiotika (3). Hvis minst en koloni vokste under disse forholdene, så kom den fra en koloni av mikrober som også var resistente mot dette stoffet. I motsetning til andre kolonier av den første petriskålen (4), vokste den i et reagensrør med et antibiotikum (5). Hvis antallet innledende kolonier var stort, var det som regel en stabil blant dem. Dermed snakker vi ikke om en rettet tilpasning av mikroben, men om en tilstand av pre-adaptasjon, som er forårsaket av tilstedeværelsen i genomet til mikroorganismen av en allel som blokkerer virkningen av antibiotika. I noen tilfeller syntetiserer "resistente" mikrober et enzym som ødelegger stoffet; i andre blir celleveggen ugjennomtrengelig for stoffet.

  Fremveksten av stammer av mikroorganismer som er resistente mot medikamenter, lettes av den feilaktige taktikken til leger som, som ønsker å unngå bivirkninger, foreskriver lave, subletale doser av legemidler. Det er også mulig å forklare utseendet til former som er resistente mot gift blant insekter og pattedyr - blant mutante organismer er det en resistent form som er gjenstand for positiv seleksjon under påvirkning av et giftig stoff. For eksempel avhenger motstanden til rotter mot warfarin, brukt til å drepe dem, av tilstedeværelsen av en viss dominerende allel i genotypen.

  Muligheten for "direkte tilpasning" av organismer til deres miljø, "gjenskape naturen gjennom assimilering av forhold" ble hevdet av noen biologer tilbake på 40-50-tallet av det nåværende århundret. Synspunktene gitt ovenfor samsvarer med idealistiske synspunkter, og kan ikke forklare biologisk hensiktsmessighet uten å involvere ideen, om ikke om Gud, så om et spesielt mål eller program for utvikling av liv som eksisterte allerede før dets fremvekst.

  Den biologiske hensiktsmessigheten til strukturen og funksjonene til organismer utvikler seg i prosessen med livsutvikling. Den representerer en historisk kategori. Dette er bevist av endringen i typer organisasjoner som inntar en dominerende posisjon i planetens organiske verden. Dermed ble dominansen til amfibier i nesten 75 millioner år erstattet av dominansen av reptiler, som varte i 150 millioner år. I perioder med dominans for en hvilken som helst gruppe, er det flere utryddelsesbølger som endrer den relative artssammensetningen til det aktuelle store taksonet.

  Fremveksten av enhver tilpasning og biologisk hensiktsmessighet generelt forklares av arbeidet i naturen i mer enn 3,5 milliarder år med naturlig utvalg. Fra en rekke tilfeldige avvik bevarer og akkumulerer den arvelige endringer som har adaptiv verdi. Denne forklaringen gjør det mulig å forstå hvorfor biologisk hensiktsmessighet, når den vurderes i rom og tid, er en relativ egenskap ved levende vesener, og hvorfor individuelle tilpasninger under spesifikke leveforhold oppnår bare den grad av utvikling som er tilstrekkelig for overlevelse sammenlignet med tilpasninger av konkurrenter.

Tilpasninger av organismer til deres miljø kalles tilpasning. Tilpasninger er enhver endring i strukturen og funksjonen til organismer som øker sjansene deres for å overleve.

Evnen til å tilpasse seg er en av hovedegenskapene til livet generelt, siden det gir selve muligheten for dets eksistens, organismenes evne til å overleve og reprodusere. Tilpasninger manifesterer seg på forskjellige nivåer: fra biokjemien til celler og oppførselen til individuelle organismer til strukturen og funksjonen til samfunn og økologiske systemer. Tilpasninger oppstår og utvikler seg under utviklingen av arter.

Grunnleggende tilpasningsmekanismer på organismenivå: 1) biokjemisk- manifestere seg i intracellulære prosesser, for eksempel en endring i enzymarbeidet eller en endring i deres mengde; 2) fysiologisk– for eksempel økt svette med økende temperatur hos en rekke arter; 3) morfo-anatomisk- trekk ved kroppens struktur og form knyttet til livsstil; 4) atferdsmessige– for eksempel dyr som søker etter gunstige habitater, skaper huler, reir osv.; 5) ontogenetisk– akselerasjon eller retardasjon av individuell utvikling, fremmer overlevelse når forholdene endres.

Økologiske miljøfaktorer har ulike effekter på levende organismer, det vil si at de kan påvirke begge irriterende stoffer, forårsake adaptive endringer i fysiologiske og biokjemiske funksjoner; Hvordan begrensere, forårsaker umuligheten av eksistens under disse forholdene; Hvordan modifikatorer, forårsaker morfologiske og anatomiske endringer i organismer; Hvordan signaler, indikerer endringer i andre miljøfaktorer.

Generelle lover for virkning av miljøfaktorer på organismer

Til tross for den store variasjonen av miljøfaktorer, kan en rekke generelle mønstre identifiseres i arten av deres innvirkning på organismer og i responsene til levende vesener.

Optimums lov.

Hver faktor har visse grenser for positiv innvirkning på organismer (fig. 1). Resultatet av en variabel faktor avhenger først og fremst av styrken til dens manifestasjon. Både utilstrekkelig og overdreven handling av faktoren påvirker individers livsaktivitet negativt. Den gunstige påvirkningskraften kalles sone med optimal miljøfaktor eller rett og slett optimal for organismer av denne arten. Jo større avvik fra det optimale, jo mer uttalt er den hemmende effekten av denne faktoren på organismer. (pessimum sone). De maksimale og minste overførbare verdiene for faktoren er kritiske punkter, bak utenfor hvilken eksistens ikke lenger er mulig, inntreffer døden. Utholdenhetsgrensene mellom kritiske punkter kalles økologisk valens levende vesener i forhold til en bestemt miljøfaktor.

Ris. 1. Plan for virkningen av miljøfaktorer på levende organismer

Representanter for forskjellige arter skiller seg sterkt fra hverandre både i posisjonen til den optimale og i økologisk valens. For eksempel kan fjellrevene i tundraen tolerere svingninger i lufttemperaturen i området mer enn 80 °C (fra +30 til -55 °C), mens krepsdyrene i varmt vann Copilia mirabilis tåler endringer i vanntemperaturen i området. på ikke mer enn 6 °C (fra +23 til +29 °C). Den samme manifestasjonsstyrken til en faktor kan være optimal for én art, pessimal for en annen, og gå utover utholdenhetsgrensene for en tredje (fig. 2).

Den brede økologiske valensen til en art i forhold til abiotiske miljøfaktorer indikeres ved å legge til prefikset "eury" i navnet på faktoren. Eurytermisk arter som tåler betydelige temperatursvingninger, eurybates- bredt trykkområde, euryhalin– ulike grader av miljømessig saltholdighet.

Ris. 2. Plassering av optimale kurver på temperaturskalaen for forskjellige arter:

1, 2 - stenotermiske arter, kryofiler;

3–7 – eurytermiske arter;

8, 9 - stenotermiske arter, termofile

Manglende evne til å tolerere betydelige svingninger i en faktor, eller smal miljøvalens, er preget av prefikset "steno" - stenotermisk, stenobate, stenohalin arter osv. I bredere forstand kalles arter hvis eksistens krever strengt definerte miljøforhold stenobiontisk, og de som er i stand til å tilpasse seg forskjellige miljøforhold - eurybiont.

Tilstander som nærmer seg kritiske punkter på grunn av en eller flere faktorer samtidig kalles ekstrem.

Plasseringen av de optimale og kritiske punktene på faktorgradienten kan forskyves innenfor visse grenser ved påvirkning av miljøforhold. Dette forekommer regelmessig hos mange arter ettersom årstidene skifter. Om vinteren tåler for eksempel spurver kraftig frost, og om sommeren dør de av nedkjøling ved temperaturer like under null. Fenomenet med et skifte i det optimale i forhold til en hvilken som helst faktor kalles akklimatisering. Når det gjelder temperatur, er dette en velkjent prosess for termisk herding av kroppen. Temperaturtilvenning krever en betydelig tidsperiode. Mekanismen er en endring i enzymer i celler som katalyserer de samme reaksjonene, men ved forskjellige temperaturer (den s.k. isozymer). Hvert enzym er kodet av sitt eget gen, derfor er det nødvendig å slå av noen gener og aktivere andre, transkripsjon, translasjon, montering av en tilstrekkelig mengde nytt protein osv. Den totale prosessen tar i gjennomsnitt ca. to uker og stimuleres ved endringer i miljøet. Akklimatisering, eller herding, er en viktig tilpasning av organismer som skjer under gradvis nærmer seg ugunstige forhold eller når man går inn i territorier med et annet klima. I disse tilfellene er det en integrert del av den generelle akklimatiseringsprosessen.

Tilpasninger – ulike tilpasninger til miljøet utviklet i organismer i løpet av evolusjonsprosessen. Tilpasninger manifesterer seg på ulike nivåer av organisering av levende materie: fra molekylær til biokenotisk. Evnen til å tilpasse seg er en av hovedegenskapene til levende materie, og sikrer muligheten for dens eksistens. Tilpasninger utvikles under påvirkning av tre hovedfaktorer: arv, variasjon og naturlig (så vel som kunstig) seleksjon.

Det er tre hovedmåter som organismer tilpasser seg til miljøforhold: den aktive banen, den passive banen og unngåelse av negative effekter.

Aktiv vei – styrking av motstand, utvikling av regulatoriske prosesser som gjør at alle vitale funksjoner i kroppen kan utføres, til tross for faktoravvik fra det optimale. For eksempel å opprettholde en konstant kroppstemperatur hos varmblodige dyr (fugler og pattedyr), optimal for forekomsten av biokjemiske prosesser i celler.

Unngå uønskede effekter – utvikling i kroppen av slike livssykluser og atferd som lar en unngå uønskede effekter. For eksempel sesongmessige vandringer av dyr.

Passiv måte – underordning av kroppens vitale funksjoner til endringer i miljøfaktorer Hvile kan variere i dybde og varighet, mange funksjoner i kroppen svekkes eller ikke utføres i det hele tatt, siden stoffskiftet faller under påvirkning av ytre og indre faktorer. Med dyp undertrykkelse av stoffskiftet kan det hende at organismer ikke viser synlige tegn på liv i det hele tatt. Den fullstendige midlertidige livsstans kalles suspendert animasjon . I en tilstand av suspendert animasjon blir organismer motstandsdyktige mot ulike påvirkninger. I tørr tilstand, når ikke mer enn 2 % av vannet forble i cellene i en kjemisk bundet form, tålte organismer som hjuldyr, tardigrader, små nematoder, frø og sporer av planter, sporer av bakterier og sopp eksponering for flytende oksygen ( -218,4 °C), flytende hydrogen (-259,4 °C), flytende helium (-269,0 °C). All metabolisme stoppes. Anabiose er et ganske sjeldent fenomen og er en ekstrem hviletilstand i levende natur; tilstanden med suspendert animasjon er bare mulig med nesten fullstendig dehydrering av organismer. Andre former for dvale assosiert med en tilstand av redusert vital aktivitet som følge av delvis hemming av metabolismen er mye mer utbredt i naturen. Former for hvile i en tilstand av redusert vital aktivitet er delt inn i hypobiose (tvungen fred) Og kryptobiose (fysiologisk hvile) . På hypobiose inhibering av aktivitet, eller torpor, oppstår under direkte trykk av ugunstige forhold (mangel på varme, vann, oksygen, etc.) og stopper nesten umiddelbart etter at disse forholdene er normalisert (noen frostbestandige arter av leddyr (collembolas, en rekke av fluer, jordbiller, etc.) overvintrer i en tilstand av torpor, tiner raskt og går over til aktivitet under solens stråler, og mister deretter bevegeligheten igjen når temperaturen synker). Kryptobiose- en fundamentalt annen type hvile, den er assosiert med et kompleks av fysiologiske endringer som skjer på forhånd, før utbruddet av ugunstige sesongmessige endringer, og organismer er klare for dem. Kryptobiose er utbredt i levende natur (karakteristisk for for eksempel plantefrø, cyster og sporer av ulike mikroorganismer, sopp, alger, pattedyrdvale, dyp plantedvale). Tilstandene hypobiose, kryptobiose og anabiose sikrer overlevelse av arter under naturlige forhold på forskjellige breddegrader, ofte ekstreme, tillater bevaring av organismer i lange ugunstige perioder, slår seg ned i verdensrommet og på mange måter skyver grensene for muligheten og distribusjonen av liv generelt.

Vanligvis utføres tilpasning av en art til miljøet ved en eller annen kombinasjon av alle tre mulige tilpasningsveier.

Grunnleggende mekanismer for tilpasning på organismenivå:

Biokjemiske tilpasninger - endringer i intracellulære prosesser (for eksempel en endring i enzymarbeidet eller en endring i deres mengde).

Morfo-anatomiske tilpasninger – endringer i kroppens struktur (for eksempel modifisering av et blad til en ryggrad i kaktus for å redusere vanntap, lys farge på blomster for å tiltrekke pollinatorer, etc.). Morfologiske tilpasninger hos planter og dyr fører til dannelsen av visse livsformer.

Fysiologiske tilpasninger – endringer i kroppens fysiologi (for eksempel evnen til en kamel til å gi kroppen fuktighet ved å oksidere fettreserver, tilstedeværelsen av cellulose-nedbrytende enzymer i cellulose-nedbrytende bakterier, etc.).

Etologiske (atferdsmessige) tilpasninger – endringer i atferd (for eksempel sesongmessige trekk av pattedyr og fugler, dvale om vinteren, parringsvisninger hos fugler og pattedyr i hekkesesongen osv.). Etologiske tilpasninger er karakteristiske for dyr.