După cum știți, pe teritoriul planetei noastre trăiesc un număr mare de diferite organisme vii. Fiecare dintre ei trăiește exclusiv în acele condiții de viață la care este adaptat. Proprietatea organismelor de a se adapta la noile caracteristici ale habitatului se numește adaptare. O astfel de fitness este un întreg set de caracteristici diferite ale structurii fiziologice și ale caracteristicilor comportamentale ale unei anumite specii, care îi permit să ducă viața în anumite condiții de mediu. Să vorbim puțin mai detaliat despre particularitățile adaptării organismelor la condițiile de mediu.
Adaptarea este o parte esențială a procesului evolutiv; ea ajută organismul să rezolve anumite probleme de mediu pe care i le pune mediul. Astfel de sarcini sunt rezolvate prin schimbarea, îmbunătățirea și, uneori, chiar dispariția indivizilor. Aceste procese ajută la atingerea stării de adaptare a organismelor la acele nișe ecologice pe care le ocupă. În consecință, adaptarea poate fi considerată ca o bază largă pentru apariția sau dispariția anumitor organe, împărțirea speciilor în diferite, formarea de noi populații și soiuri, precum și pentru complicarea organizării.
Adaptarea este un proces continuu care afectează o varietate de caracteristici ale corpului.
Unele noi adaptări pot apărea numai dacă un anumit individ are informații ereditare, care contribuie la o schimbare a structurilor sau funcțiilor în direcția dorită. Deci dezvoltarea sistemului respirator la mamifere și insecte este posibilă numai sub controlul anumitor gene.
Să luăm în considerare mai detaliat diferitele tipuri de adaptare a organismelor vii.
Protecție pasivă
În timpul evoluției, mulți indivizi vii au dezvoltat anumite mijloace pentru a se proteja pe ei înșiși și pe urmașii lor. Deci, un exemplu izbitor de astfel de adaptare este considerat a fi o colorare protectoare, ca urmare a căreia indivizii devin greu de distins și protejați de prădători. De exemplu, ouăle depuse pe nisip sau pe pământ sunt vopsite în culori gri și maro, cu diferite pete, respectiv, sunt greu de găsit printre solul din jur. În zonele inaccesibile prădătorilor, ouăle sunt în mare parte lipsite de culoare.
Și animalele din deșert folosesc același tip de adaptare, deoarece culoarea lor este de obicei reprezentată de diferite nuanțe de galben-maro și galben-nisip.
Ca o variantă de protecție pasivă, puteți lua în considerare și o colorare înspăimântătoare, deoarece vă ajută să vă protejați de prădători, ca și cum ar fi avertizarea despre incomestbilitatea unui anumit organism.
În plus, acest tip de adaptare poate fi luată în considerare în cazurile în care organismul dezvoltă o asemănare cu mediul. Exemplele includ gândaci asemănătoare lichenilor, cicadele de arbuști asemănătoare spinilor și insecte-bețișoare care nu se pot distinge de crengi.
Mecanismele de adaptare defensivă pasivă includ și fertilitatea ridicată a anumitor indivizi, precum și alte mijloace, de exemplu, acoperirea tare la raci și crabi, spini, spini și fire de păr otrăvitoare la plante.
Relativitatea și oportunitatea adaptării
Modificările în structura și comportamentul organismelor apar ca răspuns la anumite probleme de mediu, respectiv, diferă în relativitate și oportunitate. Deci dacă vorbim de relativitate, atunci ea constă în limitarea unor astfel de schimbări adaptative în funcție de condițiile de viață. Deci, de exemplu, culoarea pigmentată specială a fluturilor de molii de mesteacăn, spre deosebire de soiurile lor albe, devine vizibilă și valoroasă doar dacă îi vezi pe un trunchi de copac afumat. Când condițiile de mediu se schimbă, astfel de adaptări pot să nu aducă niciun beneficiu organismului și chiar să-l dăuneze.
De exemplu, creșterea activă și constantă a incisivilor la șobolani este benefică numai dacă aceștia mănâncă alimente solide. La trecerea la alimente moi, incisivii pot crește supradimensionați și pot face imposibil consumul de alimente.
De asemenea, merită subliniat că schimbările adaptative nu sunt capabile să ofere proprietarilor lor protecție sută la sută. Culoarea specială a albinelor și viespilor le protejează de a fi mâncate de multe păsări, dar există specii de păsări care nu îi acordă nicio atenție. Aricii sunt capabili să mănânce șerpi otrăvitori. Și acea carapace dură, care protejează țestoasele terestre de inamici, se rupe atunci când este aruncată de la înălțime de păsările de pradă.
Adaptarea organismelor în viața umană
Proprietățile adaptative ale diferitelor organisme explică apariția noilor bacterii și a altor microorganisme care sunt rezistente la medicamente. Această tendință este deosebit de clară cu utilizarea antibioticelor, deoarece în timp utilizarea lor devine ineficientă. Microorganismele pot învăța să sintetizeze o enzimă specială care distruge medicamentul utilizat, sau pereții lor celulari devin impermeabili la acțiunea substanțelor active ale medicamentului.
Apariția unor tulpini rezistente de microorganisme este adesea vina medicilor care folosesc doze minime de medicamente pentru a reduce probabilitatea efectelor secundare. Dacă transferăm această caracteristică în lumea exterioară, devine clar modul în care insectele și mamiferele dezvoltă rezistență la diferite tipuri de otrăvuri.
Proprietățile adaptative ale tuturor organismelor ar trebui considerate ca parte a selecției naturale.
Adaptarea organismelor la mediu se numește adaptare. Adaptarea se referă la orice modificări ale structurii și funcțiilor organismelor care cresc șansele lor de supraviețuire.
Există două tipuri de adaptare: genotipică și fenotipică.
Conform definiției Marii Enciclopedii Medicale (BME): „... adaptarea genotipică are loc ca urmare a selecției celulelor cu un genotip specific care determină rezistența”. Această definiție nu este perfectă, deoarece nu reflectă ce tip de rezistență la sarcină îi aparține, deoarece în majoritatea cazurilor, dobândind unele avantaje, organismele vii le pierd pe altele. Dacă, de exemplu, o plantă poate tolera un climat cald și uscat, atunci este probabil că nu va tolera bine un climat rece și umed.
În ceea ce privește adaptarea fenotipică, în prezent nu există o definiție strictă a acestui termen.
Conform definiției BME, „... adaptarea fenotipică apare ca o reacție defensivă la acțiunea unui factor dăunător”.
Prin definiție F.Z. Meerson „Adaptarea fenotipică este un proces care se dezvoltă în cursul vieții unui individ, în urma căruia un organism dobândește o rezistență anterior absentă la un anumit factor de mediu și are astfel posibilitatea de a trăi în condiții anterior incompatibile cu viața... ".
Capacitatea de adaptare este una dintre proprietățile de bază ale vieții în general, deoarece oferă însăși posibilitatea existenței sale, capacitatea organismelor de a supraviețui și de a se reproduce. Adaptările se manifestă la diferite niveluri: de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a sistemelor ecologice. Adaptările apar și se dezvoltă în timpul evoluției speciilor.
Mecanisme de adaptare
Principalele mecanisme de adaptare la nivelul organismului:
1) biochimic - se manifestă în procese intracelulare, cum ar fi o modificare a activității enzimelor sau o modificare a cantității acestora;
2) fiziologic - de exemplu, transpirație crescută cu creșterea temperaturii la un număr de specii;
3) morfo-anatomice - caracteristici ale structurii și formei corpului asociate unui stil de viață;
4) comportamentale - de exemplu, căutarea de habitate favorabile de către animale, crearea de găuri, cuiburi etc.;
5) ontogenetică - accelerarea sau decelerația dezvoltării individuale, contribuind la supraviețuire atunci când condițiile se schimbă.
Să luăm în considerare aceste mecanisme mai detaliat.
Mecanisme biochimice. Animalele care trăiesc în zona de coastă (litorală) a mării sunt bine adaptate la efectele factorilor de mediu nefavorabili și, datorită unui set de adaptări, sunt capabile să supraviețuiască în condiții de lipsă de oxigen. În special: au dezvoltat mecanisme suplimentare de consum de oxigen din mediu; sunt capabili să mențină resursele energetice interne ale organismului prin trecerea la căile metabolice anaerobe; își scad rata metabolică globală ca răspuns la concentrațiile scăzute de oxigen din apa de mare. Mai mult, a treia metodă este considerată principalul și unul dintre cele mai importante mecanisme de adaptare la lipsa de oxigen pentru multe specii de moluște marine. În timpul uscărilor periodice rezultate din ciclurile mareelor, moluștele bivalve de litoral sunt expuse la anoxie pe termen scurt și își schimbă metabolismul pe calea anaerobă. În consecință, sunt considerate organisme anaerobe facultative tipice. Se știe că rata metabolică la Bivalvia marine scade de peste 18 ori în timpul anoxiei. Prin scăderea ratei metabolice, hipoxia/anoxia afectează semnificativ creșterea și multe alte caracteristici fiziologice ale moluștelor.
În cursul evoluției, bivalvele marine au dezvoltat un complex de adaptări biochimice care le permit să supraviețuiască efectelor adverse ale anoxiei pe termen scurt. Datorită stilului de viață atașat, adaptările biochimice la moluștele bivalve sunt mai diverse și exprimate într-o măsură mai mare decât la organismele care trăiesc liber, care, în primul rând, au dezvoltat mecanisme comportamentale și fiziologice care fac posibilă evitarea pe termen scurt a mediului advers. efecte.
La moluștele marine au fost descrise mai multe mecanisme de reglare metabolică. Una dintre ele este modificarea vitezei reacțiilor glicolitice. De exemplu, Bivalvia se caracterizează prin reglarea alosterică a activității enzimatice în condiții de anoxie, timp în care metaboliții afectează loci specifici de enzimă. Unul dintre mecanismele importante pentru reducerea ratei metabolismului general este fosforilarea reversibilă a proteinelor. Astfel de modificări în structura proteinelor provoacă modificări semnificative în activitatea multor enzime și proteine funcționale implicate în toate procesele vitale ale organismului. De exemplu, la Littorea littorea, la fel ca majoritatea moluștelor rezistente la anoxie, fosforilarea reversibilă a unor enzime glicolitice ajută la redirecționarea fluxului de carbon către calea anaerobă a metabolismului enzimatic, precum și la suprimarea ratei căii glicolitice.
În ciuda faptului că o scădere a ratei metabolice este un mecanism benefic din punct de vedere cantitativ care contribuie la supraviețuirea moluștelor marine în condiții de anoxie, activarea căilor metabolice modificate joacă, de asemenea, un rol important în procesele de adaptare a moluștelor marine la concentrații scăzute de oxigen. în apa de mare. În cursul acestor reacții, randamentul de ATP crește semnificativ și se formează produse finale neacide și/sau volatile, care, la rândul lor, contribuie la menținerea homeostaziei celulare în condiții de anoxie.
Așadar, adaptarea biochimică este adesea ultima soluție la care recurge organismul atunci când nu dispune de modalități comportamentale sau fiziologice de a evita efectele adverse ale mediului.
Deoarece adaptarea biochimică nu este o cale ușoară, este adesea mai ușor pentru organisme să găsească un mediu potrivit prin migrare decât să rearanjeze chimia celulei. În cazul moluștelor bivalve de coastă marine atașate, migrarea în condiții de mediu favorabile este imposibilă; prin urmare, au mecanisme de reglare metabolică bine dezvoltate care le permit să se adapteze la zona de coastă în continuă schimbare a mării, care se caracterizează prin drenaj periodic.
Mecanisme fiziologice. Adaptarea termică se datorează unei combinații de modificări fiziologice specifice. Principalele sunt transpirația crescută, scăderea temperaturii miezului și învelișului corpului și scăderea ritmului cardiac în timpul exercițiilor fizice pe măsură ce stai în condiții de temperatură ridicată (Tabelul 1).
Tabelul 1. Modificări fiziologice adaptive la oameni în condiții de temperatură ambientală ridicată
|
Schimbări |
|
|
Transpiraţie |
Un debut mai rapid al transpirației (în timpul muncii), adică o scădere a pragului de temperatură pentru transpirație. Creșterea ratei de transpirație |
|
Sânge și circulație |
Distribuție mai uniformă a transpirației pe suprafața corpului. Scăderea conținutului de sare din transpirație. Scăderea ritmului cardiac. Creșterea fluxului sanguin cutanat. Volum sistolic crescut. O creștere a volumului de sânge circulant. Scăderea gradului de hemoconcentrații de lucru. Redistribuire mai rapidă a sângelui (în sistemul vascular al pielii). Aducerea fluxului de sânge mai aproape de suprafața corpului și distribuirea mai eficientă pe suprafața corpului. Reducerea căderii fluxului sanguin celiac și renal (în timpul muncii) |
|
Termoregulare |
Scăderea temperaturii nucleului și membranei corpului în repaus și în timpul lucrului muscular. Creșterea rezistenței corpului la temperaturi ridicate ale corpului |
|
Reducerea dificultății de respirație |
Mecanisme morfo-anatomice. Astfel, binecunoscuta proteină are o bună capacitate morfofuncțională, ceea ce îi permite să supraviețuiască în mediu. Caracteristicile externe adaptive ale structurii proteinei includ următoarele:
Gheare curbate ascuțite care vă permit să prindeți bine, să vă țineți și să vă deplasați în jurul copacului;
Puternic și mai lung decât picioarele din față, din spate, care permit veveriței să facă sărituri mari;
Coada lunga si pufoasa care actioneaza ca o parasuta in sarituri si o incalzeste in cuib in timpul sezonului rece;
Dinți ascuțiți, auto-ascuțitori, care vă permit să roadați alimente solide;
Mutarea lânii, care ajută veverița să nu înghețe iarna și să se simtă mai ușoară vara și oferă, de asemenea, o schimbare a culorii de camuflaj.
Aceste caracteristici adaptive permit veveriței să se deplaseze cu ușurință printre copaci în toate direcțiile, să găsească hrană și să o mănânce, să scape de inamici, să facă un cuib și să crească descendenți și să rămână un animal sedentar în ciuda schimbărilor sezoniere de temperatură. Astfel, se realizează interacțiunea proteinei cu habitatul.
Mecanisme comportamentale. Pe lângă exemplele de activitate de căutare a habitatelor favorabile, învățare, strategii de comportament în condiții de amenințare (luptă, fugă, decolorare), grupare, motivare constantă prin interesele de supraviețuire și procreare, se poate cita un alt exemplu viu.
În condiții acvatice naturale și experimentale, atât speciile de pești marini, cât și de apă dulce sunt ghidate folosind elemente comportamentale. În același timp, are loc adaptarea atât spațială, cât și temporală la diverși factori - temperatură, iluminare, conținut de oxigen, debit etc.. Destul de des, peștii prezintă fenomenul de selecție spontană a unuia sau altuia factor de mediu, de exemplu, orientarea de-a lungul gradientul temperaturii apei. Mecanismele comportamentale de orientare a peștilor în raport cu factorul de temperatură al mediului sunt adesea similare sau diferă ușor de reacția la alți factori.
Mecanisme ontogenetice. Sistemele de adaptare ontogenetică reprezintă fundamentul care asigură supravieţuirea şi reproducerea cu succes a unui număr suficient de indivizi în condiţii obişnuite pentru populaţie. Conservarea lor este atât de importantă pentru supraviețuirea speciilor încât în evoluție a apărut un întreg grup de sisteme genetice, care sunt concepute pentru a servi drept barieră de protecție a sistemelor de adaptare ontogenetică de efectele distructive ale acelor factori evolutivi care au contribuit cândva la formarea lor.
Există următoarele subspecii ale acestui tip de adaptare:
Adaptarea genotipică - selecția de adaptabilitate crescută determinată ereditar (modificarea genotipului) la condițiile schimbate (mutageneză spontană);
Adaptarea fenotipică - cu această selecție, variabilitatea este limitată de rata de răspuns, determinată de un genotip stabil.
La diptere, pentru care, datorită prezenței cromozomilor politene giganți ai glandelor salivare, este posibil să se dezvăluie structura liniară fină a cromozomilor, se găsesc adesea complexe întregi de specii gemene, constând din mai multe specii morfologic aproape indistinguibile, strâns înrudite. . Pentru alte specii zoologice care nu au cromozomi politenici, un diagnostic citologic atât de fin este dificil, dar chiar și pentru acestea, pe arhipelaguri izolate, pot deseori grupuri întregi de specii strâns înrudite, clar de origine recentă, puternic divergente de un strămoș continental comun. fi observat. Exemple clasice sunt fetele de flori din Hawaii, cintezele lui Darwin din Insulele Galapagos, șopârlele și melcii din Insulele Solomon și multe alte grupuri de specii endemice. Toate acestea indică posibilitatea unor evenimente multiple de speciație asociate cu episoade singulare de colonizare și radiații adaptative ample, al căror mecanism de declanșare a fost destabilizarea unui genom stabil anterior, bine integrat.
apare în procesul de evoluție pentru ca organismul să rezolve problemele ecologice prezentate de habitat. Ele reprezintă o adaptare în schimbare, îmbunătățire, uneori în dispariție a organismelor la factori de mediu specifici. Ca urmare a dezvoltării adaptării, se realizează o stare de adaptare (sau conformitate a morfologiei, fiziologiei, comportamentului organismelor) la nișele ecologice pe care le ocupă, care reprezintă întregul ansamblu de condiții de mediu și modul de viață al unui dat. organism. Acea. adaptarea poate fi considerată o bază largă pentru apariția sau dispariția organelor, divergența (divergența) speciilor, formarea de noi populații și specii și complicarea organizării.
Procesul de dezvoltare a adaptării are loc în mod constant și multe semne ale corpului sunt implicate în acesta. [spectacol] .
Evoluția păsărilor din reptile a inclus, de exemplu, modificări succesive ale oaselor, mușchilor, tegumentelor, membrelor.
Mărirea sternului, restructurarea structurii histologice a oaselor, care, împreună cu rezistența, le-a dat lejeritate, dezvoltarea penajului, ceea ce a dus la proprietăți aerodinamice și termoreglare mai bune, transformarea unei perechi de membre în aripi, a oferit o soluție la problema zborului.
Unii reprezentanți ai păsărilor au dezvoltat ulterior adaptări la un stil de viață terestru sau acvatic (struț, pinguin), în timp ce adaptările secundare au capturat și o serie de trăsături. Pinguinii, de exemplu, și-au schimbat aripile în aripioare și și-au făcut haina impermeabilă.
Cu toate acestea, adaptarea se formează numai dacă există un tip de informații ereditare în fondul genetic care contribuie la o schimbare a structurilor și funcțiilor în direcția necesară. Astfel, mamiferele și insectele folosesc pentru respirație, respectiv, plămânii și traheea, care se dezvoltă din diferite primordii sub controlul diferitelor gene.
Uneori, o nouă mutație duce la adaptare, care, fiind inclusă în sistemul genotipului, schimbă fenotipul în direcția unei soluții mai eficiente a problemelor de mediu. Acest mod de origine a adaptării se numește combinativ.
Diferite adaptări pot fi utilizate pentru a rezolva o problemă de mediu. Deci, blana groasă servește ca mijloc de izolare termică la urși și vulpi polare, iar la cetacee - un strat subcutanat gras.
Există mai multe clasificări ale adaptării.
Prin mecanismul de acţiune aloca
Dispozitive de protecție pasivă
- colorare protectoare. Datorită colorației protectoare, organismul devine greu de distins și, prin urmare, protejat de prădători.
- Ouăle de păsări depuse pe nisip sau pe pământ sunt gri și maro cu pete, asemănătoare cu culoarea solului din jur. În cazurile în care ouăle sunt inaccesibile prădătorilor, acestea sunt de obicei lipsite de culoare.
- Omizile fluturilor sunt adesea verzi, de culoarea frunzelor, sau închise, de culoarea scoarței sau a pământului.
- Peștii de fund sunt, de obicei, colorați ca un fund nisipos (raze și lipa). În același timp, căptușele au și capacitatea de a-și schimba culoarea în funcție de culoarea fundalului înconjurător.
- Capacitatea de a schimba culoarea prin redistribuirea pigmentului în tegumentul corpului este cunoscută și la animalele terestre (cameleon).
- Animalele din deșert sunt de obicei de culoare galben-maro sau galben-nisip.
- O colorație protectoare monocromatică este caracteristică atât insectelor (lacuste), cât și șopârlelor mici, precum și ungulatelor mari (antilope) și prădătorilor (leu).
- Colorație protectoare dezmembrătoare sub formă de dungi și pete deschise și întunecate alternativ pe corp. Zebrele și un tigru sunt puțin vizibile deja la o distanță de 50-40 m din cauza coincidenței dungilor de pe corp cu alternarea luminii și umbrelor în zona înconjurătoare. Disecarea colorației perturbă conceptul de contururi ale corpului.
- colorare de descurajare (avertisment) - oferă și protecție organismelor de inamici.
Culoarea strălucitoare este, de obicei, caracteristică animalelor otrăvitoare și avertizează prădătorii cu privire la incomestbilitatea obiectului atacului lor. Eficacitatea colorației de avertizare a provocat un fenomen de imitație foarte interesant - mimica. [spectacol] .
Mimetismul se referă la asemănarea unei specii fără apărare și comestibile cu una sau mai multe specii neînrudite care sunt bine protejate și au o colorație de avertizare. Fenomenul de mimetism este comun la fluturi și alte insecte. Multe insecte imită insectele înțepătoare. Gândaci cunoscuți, muște, fluturi, viespi copiatoare, albine, bondari.
Mimetismul se găsește și la vertebrate - șerpi. În toate cazurile, asemănarea este pur externă și are ca scop formarea unei anumite impresii vizuale în potențialii inamici.
Pentru speciile imitatoare, este important ca numărul lor să fie mic în comparație cu modelul pe care îl imită, altfel inamicii nu vor dezvolta un reflex negativ stabil pentru a avertiza colorarea. Numărul scăzut de specii mimice este susținut de o concentrație mare de gene letale în fondul genetic.
- asemănarea formei corpului cu mediul înconjurător - se cunosc gândacii care seamănă cu licheni, cicadele, asemănătoare cu spinii acelor arbuști printre care trăiesc. Insectele stick arată ca o crenguță mică maro sau verde.
Efectul protector al culorii protectoare sau al formei corpului este îmbunătățit atunci când este combinat cu un comportament adecvat. De exemplu, omizile de molii aflate în poziție de protecție sunt similare cu o ramură a plantei. Selectia distruge indivizii al caror comportament ii demasca.
- fertilitate mare
- alte mijloace de protecție pasivă
- Dezvoltarea spinilor și a acelor la plante le protejează de a fi mâncate de ierbivore
- Același rol îl au și substanțele toxice care ard firele de păr (urzici).
- Cristalele de oxalat de calciu, formate în celulele unor plante, le protejează de a fi mâncate de omizi, melci și chiar rozătoare.
- Formațiunile sub formă de înveliș chitinos dur la artropode (gândaci, crabi), scoici la moluște, solzi la crocodili, scoici la armadilli și țestoase le protejează bine de mulți dușmani. Acele unui arici și ale unui porc-spin servesc aceluiași scop.
Dispozitive de protecție activă, mișcare,
găsirea hranei sau a unui partener de reproducere
- îmbunătățirea aparatului de mișcare, a sistemului nervos, a organelor de simț, dezvoltarea mijloacelor de atac la prădător
Organele de simț chimice ale insectelor sunt uimitor de sensibile. Moliile țigănești masculi sunt atrași de mirosul glandei aromatice a femelei de la o distanță de 3 km. La unii fluturi, sensibilitatea receptorilor gustativi este de 1000 de ori mai mare decât sensibilitatea receptorilor limbii umane. Prădătorii nocturni, cum ar fi bufnițele, pot vedea perfect în întuneric. Unii șerpi au o capacitate bine dezvoltată de localizare termică. Ei disting obiectele la distanță dacă diferența lor de temperatură este de numai 0,2 ° C.
Adaptarea la un stil de viață social - diviziunea „muncii” între albine.
În funcție de natura schimbării
- adaptarea cu complexitate crescândă a organizării morfofiziologice
- apariția peștilor cu aripioare încrucișate pe uscat în Devonian, ceea ce le-a permis să dea naștere vertebratelor terestre
Pentru peștii cu aripioare încrucișate, membrele au servit pentru târători de-a lungul fundului rezervoarelor. Înghițirea aerului și utilizarea oxigenului prin proeminența peretelui intestinal - plămânii primitivi - au făcut posibilă compensarea deficienței de oxigen din rezervoarele de atunci. Aceste structuri au permis unor pești să părăsească corpurile de apă pentru o perioadă. Inițial, astfel de ieșiri se făceau, aparent, în zilele ploioase sau în nopțile umede. Exact asta face somnul american (Ictalurus nebulosis) astăzi. Ulterior, aceste structuri s-au dezvoltat în plămânii și membrele animalelor terestre. Ulterior, întreaga organizare a peștilor a suferit modificări profunde în procesul de adaptare la viața de pe uscat.
Astfel de schimbări în timpul dezvoltării unui nou habitat, extinderea gamei de funcții pe baza unor structuri care anterior îndeplineau alte funcții, dar s-au schimbat într-o astfel de direcție și în așa măsură încât au putut să preia noi funcții, se numesc preadaptare. .
Fenomenul de preadaptare subliniază încă o dată caracterul adaptativ al evoluției bazat pe selecția unor modificări ereditare utile și transformări progresive ale structurilor existente în procesul de stăpânire a noilor condiții de mediu.
După dimensiunea dispozitivului
- adaptări de specialitate ... Cu ajutorul adaptării specializate, organismul rezolvă probleme specifice în condițiile îngust-locale ale vieții speciei. De exemplu, caracteristicile structurale ale limbii furnicarului oferă hrană furnicilor.
- adaptări generale - permit rezolvarea multor probleme într-o gamă largă de condiţii de mediu. Acestea includ scheletul intern al vertebratelor și al artropodelor externe, hemoglobina ca purtător de oxigen etc. Astfel de adaptări promovează dezvoltarea diferitelor nișe ecologice, asigură o plasticitate ecologică și evolutivă semnificativă și se găsesc la reprezentanții taxonilor mari de organisme. Așadar, învelișul cornos primar al formelor ancestrale de reptile în procesul de dezvoltare istorică a dat acoperiri ale reptilelor moderne, păsărilor, mamiferelor. Scara de adaptare este dezvăluită în cursul evoluției grupului de organisme în care a apărut pentru prima dată.
Astfel, structura organismelor vii este foarte fin adaptată la condițiile de existență. Orice caracter sau proprietate specifică este adaptabilă și adecvată într-un mediu dat, în condiții de viață date.
Relativitatea și oportunitatea aptitudinii organismelor
Adaptările apar ca răspuns la o anumită provocare de mediu, deci sunt întotdeauna relative și adecvate. Relativitatea adaptării constă în limitarea valorii lor adaptative la anumite condiții de viață. Astfel, valoarea adaptativă a pigmentării fluturilor de molii de mesteacăn în comparație cu formele ușoare este evidentă doar pe trunchiurile de copaci afumate.
Când condițiile de mediu se schimbă, adaptările se pot dovedi a fi inutile sau chiar dăunătoare organismului. Creșterea constantă a incisivilor rozătoarelor este o caracteristică foarte importantă, dar numai atunci când se hrănesc cu alimente solide. Dacă șobolanul este ținut pe hrană moale, incisivii, fără a se uza, cresc până la o asemenea dimensiune încât alimentația devine imposibilă.
Niciuna dintre caracteristicile adaptive nu oferă siguranță absolută proprietarilor lor. Din cauza mimetismului, majoritatea păsărilor nu ating viespi și albine, dar printre ele se numără specii care mănâncă viespi, albine și imitatorii lor. Ariciul și pasărea secretară mănâncă șerpi otrăvitori fără rău. Carapacea țestoaselor de uscat le protejează în mod fiabil de inamici, dar păsările de pradă le ridică în aer și le zdrobesc la pământ.
Activitățile biologice de organizare a viețuitoarelor se manifestă în armonie între morfologie, fiziologie, comportamentul organismelor de diferite specii și habitatul acestora. Constă, de asemenea, în consistența uimitoare a structurii și funcțiilor părților și sistemelor individuale ale organismului însuși. Susținătorii explicației teologice a originii vieții au văzut în oportunitatea biologică o manifestare a înțelepciunii creatorului naturii. Explicația teleologică a oportunității biologice pornește de la principiul „scopului final”, conform căruia viața se dezvoltă direcțional datorită dorinței inerente pentru un anumit scop. De pe vremea lui JB Lamarck, au existat ipoteze care leagă oportunitatea biologică cu principiul unui răspuns adecvat al organismelor la schimbările condițiilor externe și moștenirea unor astfel de „trăsături dobândite”. Un argument convingător în favoarea oportunității schimbărilor sub influența mediului a fost mult timp recunoscut ca fiind faptul că microorganismele sunt „dependente” de medicamente - sulfonamide, antibiotice. Experiența lui V. și E. Lederberg a arătat că nu este cazul.
Într-o cutie Petri de pe suprafața unui mediu nutritiv solid, microbul formează colonii (1). Cu o ștampilă specială (2), amprenta tuturor coloniilor a fost transferată în mediu cu o doză letală de antibiotic (3). Dacă cel puțin o colonie a crescut în aceste condiții, atunci a venit dintr-o colonie de microbi care sunt și ei rezistenți la acest medicament. Spre deosebire de alte colonii ale primei cutii Petri (4), a crescut într-o eprubetă cu un antibiotic (5). Dacă numărul coloniilor inițiale a fost mare, atunci, de regulă, a existat și una stabilă printre ele. Astfel, nu vorbim despre adaptarea dirijată a microbului, ci despre starea de preadaptare, care se datorează prezenței în genomul microorganismului a unei alele care blochează acțiunea antibioticului. În unele cazuri, microbii „rezistenți” sintetizează o enzimă care distruge medicamentul, în altele, peretele celular devine impenetrabil pentru medicament.
Apariția unor tulpini de microorganisme rezistente la medicamente este facilitată de tacticile greșite ale medicilor, care, dorind să evite efectele secundare, prescriu doze mici, subletale de medicamente. De asemenea, este posibil să se explice apariția unor forme rezistente la otrăvuri printre insecte și mamifere - printre organismele mutante există o formă stabilă care suferă o selecție pozitivă sub acțiunea unei substanțe toxice. De exemplu, rezistența șobolanilor la warfarină folosită pentru a-i ucide depinde de prezența unei anumite alele dominante în genotip.
Posibilitatea „adaptarii directe” a organismelor la mediul lor, „alterării naturii prin asimilarea condițiilor” a fost afirmată de unii biologi încă din anii 40-50 ai secolului actual. Punctele de vedere prezentate mai sus corespund concepțiilor idealiste și nu pot explica oportunitatea biologică fără a invoca ideea, dacă nu Dumnezeu, atunci a unui scop sau program special pentru dezvoltarea vieții care a existat chiar înainte de apariția ei.
Necesitatea biologică a structurii și funcțiilor organismelor se dezvoltă în procesul de dezvoltare a vieții. Este o categorie istorică. Acest lucru este dovedit de schimbarea tipurilor de organizare care ocupă o poziție dominantă în lumea organică a planetei. Astfel, dominația amfibienilor timp de aproape 75 de milioane de ani a fost înlocuită cu dominația reptilelor, care a durat 150 de milioane de ani. În perioadele de dominanță ale oricărui grup, se observă mai multe valuri de extincție, care modifică compoziția relativă a speciilor a taxonului mare corespunzător.
Apariția oricărei adaptări și oportunități biologice în general se explică prin munca în natură pentru mai mult de 3,5 miliarde de ani de selecție naturală. Dintre numeroasele abateri aleatorii, ea păstrează și acumulează modificări ereditare care au o valoare adaptativă. Această explicație face posibil să înțelegem de ce oportunitatea biologică, dacă este luată în considerare în spațiu și timp, este o proprietate relativă a viețuitoarelor și de ce, în condiții specifice de viață, adaptările individuale ating doar gradul de dezvoltare care este suficient pentru supraviețuire în comparație cu adaptări ale concurenților.
Adaptarea organismelor la mediu se numește adaptare. Adaptarea se referă la orice modificări ale structurii și funcțiilor organismelor care cresc șansele lor de supraviețuire.
Capacitatea de adaptare este una dintre proprietățile de bază ale vieții în general, deoarece oferă însăși posibilitatea existenței sale, capacitatea organismelor de a supraviețui și de a se reproduce. Adaptările se manifestă la diferite niveluri: de la biochimia celulelor și comportamentul organismelor individuale până la structura și funcționarea comunităților și a sistemelor ecologice. Adaptările apar și se dezvoltă în timpul evoluției speciilor.
Principalele mecanisme de adaptare la nivelul organismului: 1) biochimic- se manifestă în procese intracelulare, cum ar fi o modificare a activității enzimelor sau o modificare a cantității acestora; 2) fiziologic- de exemplu, transpirație crescută cu creșterea temperaturii la un număr de specii; 3) morfo-anatomice- caracteristici ale structurii și formei corpului asociate stilului de viață; 4) comportamental- de exemplu, căutarea de habitate favorabile de către animale, crearea de vizuini, cuiburi etc.; 5) ontogenetic- accelerarea sau decelerația dezvoltării individuale, contribuind la supraviețuirea în condiții schimbătoare.
Factorii de mediu ai mediului au efecte variate asupra organismelor vii, adică le pot afecta pe ambele iritanți, provocând modificări adaptative ale funcțiilor fiziologice și biochimice; Cum limitatoare, făcând imposibilă existența în aceste condiții; Cum modificatori, provocând modificări morfologice și anatomice în organism; Cum semnale, indicând modificări ale altor factori de mediu.
Legile generale ale acțiunii factorilor de mediu asupra organismelor
În ciuda varietății mari de factori de mediu, o serie de modele generale pot fi identificate în natura impactului lor asupra organismelor și în răspunsurile ființelor vii.
Legea optimă.
Fiecare factor are anumite limite de influență pozitivă asupra organismelor (Fig. 1). Rezultatul acțiunii unui factor variabil depinde în primul rând de puterea manifestării acestuia. Atât acțiunea insuficientă, cât și cea excesivă a factorului afectează negativ activitatea vitală a indivizilor. Forța favorabilă de influență se numește zona de factor ecologic optim sau pur și simplu optim pentru organismele acestei specii. Cu cât abaterile de la optim sunt mai puternice, cu atât efectul deprimant al acestui factor asupra organismelor este mai pronunțat. (zona pessimum). Valorile maxime și minime tolerate ale factorului sunt puncte critice, pe dincolo de care existența nu mai este posibilă, apare moartea. Se numesc limitele de anduranță între punctele critice valență ecologică ființe vii în raport cu un anumit factor de mediu.
Orez. 1. Schema de acţiune a factorilor de mediu asupra organismelor vii
Reprezentanții diferitelor specii diferă foarte mult unul de celălalt atât prin poziția optimului, cât și prin valența ecologică. De exemplu, vulpile arctice din tundra pot tolera fluctuații de temperatură a aerului în intervalul de peste 80 ° C (de la +30 la -55 ° C), în timp ce crustaceele de apă caldă Copilia mirabilis pot rezista la schimbările de temperatură a apei în intervalul de nu. mai mult de 6 ° C (de la +23 până la +29 ° C). Una și aceeași putere a manifestării factorului poate fi optimă pentru o specie, pesimală - pentru alta și depășește limitele rezistenței pentru o a treia (Fig. 2).
Valenta ecologica larga a speciei in raport cu factorii de mediu abiotici este indicata prin adaugarea prefixului "evry" la numele factorului. euritermală specii - suportând fluctuații semnificative de temperatură, eurybate- gamă largă de presiune, eurihalină- grad diferit de salinitate a mediului.
Orez. 2. Poziția curbelor optime pe scara de temperatură pentru diferite specii:
1, 2 - specii stenoterme, criofile;
3–7 - specii euritermale;
8, 9 - specii stenotermale, termofile
Incapacitatea de a tolera fluctuații semnificative ale factorului sau valența ecologică îngustă este caracterizată de prefixul "steno" - stenotermic, stenobat, stenohalin specii, etc. În sensul mai larg al cuvântului, speciile, pentru existența cărora sunt necesare condiții ecologice strict definite, se numesc stenobiotic, și cei care sunt capabili să se adapteze la diferite condiții de mediu - euribiotic.
Sunt numite condiții care se apropie de unul sau mai mulți factori simultan de punctele critice extrem.
Poziția punctelor optime și critice pe gradientul factorului poate fi deplasată în anumite limite prin acțiunea condițiilor de mediu. Acest lucru se întâmplă în mod regulat la multe specii pe măsură ce anotimpurile se schimbă. Iarna, de exemplu, vrăbiile pot rezista la înghețuri severe, iar vara mor din cauza răcirii la temperaturi chiar sub zero. Se numește fenomenul unei deplasări a optimului în raport cu orice factor aclimatizare. În ceea ce privește temperatura, acesta este un proces binecunoscut de întărire termică a corpului. Este necesară o perioadă semnificativă de timp pentru aclimatizarea la temperatură. Mecanismul este o modificare a celulelor enzimelor care catalizează aceleași reacții, dar la temperaturi diferite (așa-numitele izoenzime). Fiecare enzimă este codificată de propria sa genă, prin urmare, este necesar să se oprească unele gene și să se activeze altele, transcripția, traducerea, asamblarea unei cantități suficiente de proteine noi etc. Procesul total durează în medie aproximativ două săptămâni și este stimulat. prin schimbările de mediu. Aclimatizarea, sau întărirea, este o adaptare importantă a organismelor care are loc în condiții nefavorabile care se apropie treptat sau când intră pe un teritoriu cu o climă diferită. În aceste cazuri, este o parte integrantă a procesului general de aclimatizare.
Adaptări – diverse adaptări la mediu, dezvoltate la organismele aflate în proces de evoluție. Adaptările se manifestă la diferite niveluri de organizare a materiei vii: de la molecular la biocenotic. Capacitatea de adaptare este una dintre principalele proprietăți ale materiei vii, care asigură posibilitatea existenței acesteia. Adaptările se dezvoltă sub influența a trei factori principali: ereditatea, variabilitatea și selecția naturală (și artificială).
Există trei modalități principale de adaptare a organismelor la condițiile de mediu: calea activă, calea pasivă și evitarea efectelor adverse.
Mod activ – întărirea rezistenței, dezvoltarea proceselor de reglare care permit îndeplinirea tuturor funcțiilor vitale ale corpului, în ciuda abaterilor factorului de la optim. De exemplu, menținerea unei temperaturi constante a corpului la animalele cu sânge cald (păsări și mamifere), optimă pentru cursul proceselor biochimice din celule.
Evitarea efectelor adverse – dezvoltarea ciclurilor de viață și a comportamentelor de către organism care să evite efectele adverse. De exemplu, migrațiile sezoniere ale animalelor.
Calea pasivă – subordonarea funcțiilor vitale ale organismului față de modificările factorilor de mediu.Odihna poate fi diferită în profunzime și durată, în timp ce multe funcții ale corpului sunt slăbite sau nu sunt îndeplinite deloc, deoarece nivelul metabolismului cade sub influența externă și factori interni. Cu suprimarea profundă a metabolismului, este posibil ca organismele să nu prezinte deloc semne vizibile de viață. A fost numită oprirea completă temporară a vieții animatie suspendata . Într-o stare de animație suspendată, organismele devin rezistente la diferite influențe. În stare uscată, când nu mai mult de 2% din apă a rămas în celule într-o formă legată chimic, organisme precum rotifere, tardigrade, nematode mici, semințe și spori de plante, spori bacterieni și fungici au rezistat la oxigen lichid (- 218,4 ° C), hidrogen lichid (-259,4 ° C), heliu lichid (-269,0 ° C). Tot metabolismul este oprit. Anabioza este un fenomen destul de rar și este o stare extremă de odihnă în natura vie, starea de animație suspendată este posibilă doar cu o deshidratare aproape completă a organismelor. Alte forme de repaus asociate cu o stare de scădere a activității vitale ca urmare a inhibării parțiale a metabolismului sunt mult mai răspândite în natură. Formele de odihnă în stare de activitate vitală redusă se împart în hipobioză (pace forțată) și criptobioza (repaus fiziologic) ... La hipobioză inhibarea activității, sau amorțeală, apare sub presiunea directă a unor condiții nefavorabile (cu lipsă de căldură, apă, oxigen etc.) și se oprește aproape imediat după ce aceste condiții revin la normal (unele specii de artropode rezistente la îngheț (collembolani, un număr de muște, gândaci de pământ etc.) hibernează într-o stare de amorțeală, dezghețându-se rapid și trecând la activitate sub razele soarelui, iar apoi își pierd din nou mobilitatea când temperatura scade). Criptobioza- un tip de repaus fundamental diferit, este asociat cu un complex de rearanjamente fiziologice care apar în prealabil, înainte de debutul schimbărilor sezoniere nefavorabile, iar organismele sunt pregătite pentru acestea. Criptobioza este larg răspândită în fauna sălbatică (tipic, de exemplu, pentru semințele de plante, chisturile și sporii diferitelor microorganisme, ciuperci, alge, hibernarea mamiferelor, repausul profund al plantelor). Stările de hipobioză, criptobioză și anabioză asigură supraviețuirea speciilor în condiții naturale de diferite latitudini, adesea extreme, permit conservarea organismelor pe perioade lungi nefavorabile, se stabilesc în spațiu și în multe feluri împing limitele posibilității și răspândirii. a vieţii în general.
De obicei, adaptarea unei specii la mediu se realizează printr-una sau alta combinație a tuturor celor trei moduri posibile de adaptare.
Principalele mecanisme de adaptare la nivelul organismului:
Adaptări biochimice - modificări ale proceselor intracelulare (de exemplu, o modificare a activității enzimelor sau o modificare a numărului acestora).
Adaptări morfo-anatomice – modificări ale structurii organismului (de exemplu, modificarea frunzei într-un ghimpe în cactusi pentru a reduce pierderea de apă, culoarea strălucitoare a florilor pentru a atrage polenizatorii etc.). Adaptările morfologice la plante și animale duc la formarea anumitor forme de viață.
Adaptări fiziologice - modificări ale fiziologiei organismului (de exemplu, capacitatea unei cămile de a asigura organismului umiditate prin oxidarea rezervelor de grăsime, prezența enzimelor care distrug celuloza în bacteriile care distrug celuloza etc.).
Adaptări etologice (comportamentale). – modificări ale comportamentului (de exemplu, migrații sezoniere ale mamiferelor și păsărilor, hibernarea în timpul iernii, jocurile de împerechere la păsări și mamifere în timpul sezonului de reproducție etc.). Adaptările etologice sunt caracteristice animalelor.
Se încarcă...
