Виды адаптаций. Aдаптация организма к физическим, биологическим и социальным факторам
Адаптации организмов к условиям среды
Адаптации – различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации – одно из базовых свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех базовых факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.
Существуют три базовых пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.
Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. К примеру, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.
Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. К примеру, сезонные миграции животных.
Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды Покой должна быть разным по глубине и продолжительности, многие функции организма при этом ослабевают или не выполняются совсем, так как уровень обмена веществ падает под влиянием внешних и внутренних факторов. При глубоком подавлении обмена веществ организмы могут вообще не проявлять видимых признаков жизни. Полная временная остановка жизни получила название анабиоза . В состоянии анабиоза организмы становятся устойчивыми к разнообразным воздействиям. В сухом состоянии, когда в клетках оставалось не более 2% воды в химически связанном виде, такие организмы, как коловратки, тихоходки, мелкие нематоды, семена и споры растений, споры бактерий и грибов выдерживали пребывание в жидком кислороде (-218,4 °С), жидком водороде (-259,4 °С), жидком гелии (‑269,0 °С). Всякий обмен веществ прекращен. Анабиоз достаточно редкое явление и является крайним состоянием покоя в живой природе, состояние анабиоза возможно лишь при почти полном обезвоживании организмов. Гораздо шире распространены в природе другие формы покоя, связанные с состоянием пониженной жизнедеятельности в результате частичного угнетения метаболизма. Формы покоя в состоянии пониженной жизнедеятельности делят на гипобиоз (покой вынужденный ) и криптобиоз (покой физиологический ) . При гипобиозе торможение активности, или оцепенение, возникает под прямым давлением неблагоприятных условий (при недостатке тепла, воды, кислорода и т. п.) и прекращается почти сразу после того, как эти условия возвращаются к норме (некоторые морозостойкие виды членистоногих (коллемболы, ряд мух, жужелицы и др.) зимуют в состоянии оцепенения, быстро оттаивая и переходя к активности под лучами солнца, а затем вновь теряют подвижность при снижении температуры). Криптобиоз – принципиально другой тип покоя, он связан с комплексом физиологических перестроек, которые происходят заблаговременно, до наступления неблагоприятных сезонных изменений, и организмы оказываются к ним готовы. Криптобиоз широко распространен в живой природе (характерно, к примеру, для семян растений, цист и спор различных микроорганизмов, грибов, водорослей, спячка млекопитающих, глубокий покой растений). Состояния гипобиоза, криптобиоза и анабиоза обеспечивают выживание видов в природных условиях разных широт, часто экстремальных, позволяют сохранять организмы в течение длительных неблагоприятных периодов, расселяться в пространстве и во многом раздвигают границы возможности и распространенияжизни в целом.
Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.
Основные механизмы адаптации на уровне организма:
Биохимические адаптации – изменения во внутриклеточных процессах (к примеру, смена работы ферментов или изменение их количества).
Морфо-анатомические адаптации – изменения в строении организма (к примеру, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для привлечения опылителей и др.). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.
Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма (к примеру, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий и др.).
Этологические (поведенческие) адаптации – изменения в поведении (к примеру, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.). Этологические адаптации характерны для животных.
Онтогенетические адаптации – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.
Адаптации организмов к условиям среды - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Адаптации организмов к условиям среды" 2017, 2018.
Адаптация является специальной особенностью организма, которая позволяет ему приспосабливаться к изменению окружающей среды, если этого не происходит, появляются симптомы ее нарушения. Обычно это происходит в короткие сроки и не доставляет особых неудобств организму.
Нарушение адаптации является психосоматическим отклонением
Адаптация организма человека может происходить при изменении различных внешних факторов, таких как: температура, стресс, атмосферное давление, вид основной еды, содержание микроэлементов в употребляемой воде, уровне кислорода в воздухе. Адаптация происходит нормально при нормальном функционировании самого организма, но при его патологии или появлении нарушения, может давать сбой. Если есть симптомы нарушения психической адаптации, необходимо лечение.
Какие факторы могут влиять на уровень адаптации
Основной причиной нарушения психической адаптации является ослабление иммунной системы. Иммунная система является ключевой в формировании реакции на окружающий мир. Она отвечает за реакцию на возбудителей, на изменение количества микро- и макроэлементов, а также на изменение климата.То есть, она способствует психической адаптации, когда снижаются или повышаются внешние физические или химические факторы.
Иммунная система в данных случаях стимулирует или затормаживает выработку собственных факторов (иммуноглобулинов, циркулирующих иммунных комплексов, ферментов и гормонов). Еще одним из важных факторов является поддержание нормального уровня кровяных телец. Данные элементы отвечают за приспосабливание организма к изменению пищевого рациона или поступлению вредных микроорганизмов.
Ослабленный иммунитет вызывает сложности адаптации
Нормальное количество эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов обеспечивает так называемый гомеостаз, то есть постоянство внутренних жидкостей организма. Постоянство крови и лимфы имеет немаловажную роль в адаптационной возможности организма. При их нормальном уровне, они отвечают за правильное функционирование организма и его приспособление к окружающей среде.
При снижении количества железа, поступающего в организм, они способны короткий промежуток времени поддерживать нормальный уровень гемоглобина и цветного показателя. Уровень железа в организме способствует его более стабильному состоянию во время психической адаптации. Если железа в организме нет в достаточном количестве, то появляются симптомы анемии. Сбалансированное питание также является незаменимым элементом адаптации организма к новым окружающим факторам. Оно обеспечивает клетки и ткани всем необходимым для их нормального функционирования.
Факторы, которые снижают адаптационные возможности организма
Основные факторы, которые влияют на адаптацию организма заключаются в следующем:
Железодефицитная анемия усложняет адаптацию организма к неблагоприятным факторам внешней среды
Иммунодефицитные состояния
Они могут быть вызваны хроническими заболеваниями, СПИДом, вирусными или глистными инвазиями, недостатком питания или употребляемой жидкости, это те нарушения, симптомы которых проявляются сразу.
Данные патологии влияют на такие среды организма, как:
- Кровь.
- Лимфа.
- Гормональные жидкости.
Нарушение их постоянно, что приводит к усилению реакции организма на изменение внешних факторов, то есть к ослаблению адаптационных возможностей. Организм медленнее привыкает к новым воздействиям, и они наносят ему больше вреда. Человек становится более чувствительным к смене температуры. То есть, изменение среднестатистической дневной температуры расценивается организмом как сильный холод или сильная жара.
Изменения состава жидкостей организма проводят к снижению адаптационных способностей
Так же данные изменения в организме приводят к снижению борьбы с новыми бактериями и вирусами. При попадании в организм новых возбудителей, он не может задействовать все свои возможности на борьбу с ним. Таким образом, он становится более восприимчив к новым заболеваниям, которые даже при мало вредных возбудителях могут нанести непоправимый ущерб человеческому организму, лечение это не исправит.
Нарушение психической адаптации, снижение гемоглобина и эритроцитов в крови приводит также к новым физическим нагрузкам. Из-за низкого уровня гемоглобина снижается снабжение кислородом тканей и клеток, то есть они не могут справиться с большей нагрузкой.
Резкие перепады климата
Человек очень восприимчив к изменению окружающей среды. Повышение или понижение температуры и влажности очень негативно сказываются на его здоровье, особенно на респираторной системе. Резкое изменение этих физических факторов может привести к гипер-, либо к гипосекреции слизистой дыхательных путей. В любом случае, это стресс для организма, который приведет к воспалительному процессу.
При смене климата организм может отреагировать изменениями секреции органов респираторной системы
Разница будет заключаться только в наличии патологического секрета. То есть при гипосекреции, которая будет вызвана понижением влажности или повышением температуры, человека будет мучить сухой надсадный кашель. А при повышении влажности или понижении температуры его будет беспокоить кашель с обильным выделением мокроты.
Особую опасность представляют факторы, которые приводят к образованию мокроты, так как в ней хорошо размножаются бактерии и приводят к гнойным процессам. Это может привести к пневмонии или абсцессу легкого.
Изменение атмосферного давления
Изменение давления – серьезный стресс для организма. Оно способно привести как снижению растворимости газов в крови, так и к ее повышению. Снижение растворимости приводит к так называемой кессонной болезни. Она возникает при повышении давления.
Снижение поступления кислорода в ткани вызывает гипоксию мозга
Чаще всего кессонная болезнь проявляется при погружении на большие глубины у не тренированных людей. Это приводит к снижению растворимости азота в крови и образованию из него пузырьков, которые могут закупоривать крупные и мелкие кровеносные сосуды. Этот стресс может привести к летальному исходу, ведь эффективной борьбы с ним не существует.
С другой стороны, подъем высоко в горы приводит к другой патологии, к которой организм не способен адаптироваться - горной болезни. Здесь механизм возникновения заключается в противоположном - повышение растворимости газов в крови приводят к понижению отдачи кислорода из кровяного русла в ткани, что приводит к гипоксии. То есть, наступает кислородное голодание тканей, в первую очередь, появляются симптомы гипоксии головного мозга. Проводится лечение с обязательным применением кислорода.
Изменение питания и употребляемой жидкости
Изменение питания или микроэлентного состава питьевой воды негативно сказывается на организме. Каждая пища содержит определенное количество белков, жиров и углеводов. При изменении рациона, в связи с выездом в другую местность, он изменяется. При этом даже при нормальном, достаточном питании может возникнуть недостаток одного или нескольких из этих необходимых веществ.
При смене рациона питания может возникнуть недостаток ферментов
Все это зависит не от энергетической ценности продукта, а от формы его нахождения. К примеру, человеку, который ел всю жизнь кролятину и курятину, будет сложно переваривать свинину, это стресс для организма. Это будет связано с тем, что он адаптирован вырабатывать количество ферментов на определенный вид мяса, и на более грубые их будет не хватать.
Изменение нагрузок
Нетренированному организму очень тяжело реагировать на увеличение нагрузок. Если человек всю жизнь ходил до работы 5 минут, то 30 минут будут приводить к повышенной утомляемости, появятся такие симптомы, как одышка, тахикардия и т.д. А вот если всю жизнь человек преодолевал большие расстояния, то для него уменьшение активности – стресс, который приведет к гиподинамии, что негативно скажется на многих системах организма.
Стресс как следствие сложных ситуаций
Для многих людей стрессовые ситуации приводят к сбою привычного ритма организма, но не у всех. Для тех, кто работает в экстремальных условиях, стресс не вызывает дискомфорта. Их нервная система способна быстро реагировать на новые и неожиданные задачи, что сохраняет нормальную ее работу. Обычный стресс не требует терапии, он проходит вместе с устранением провоцирующего фактора. Если он затягивается или сильно сказался на состоянии, необходимо соответствующее лечение.
Стресс влияет на работу нервной системы организма
Как улучшить адаптационные возможности организма
Существует много советов для улучшения психической адаптации организма, чтобы он в дальнейшем хорошо переносил стресс.
Лечение пониженной адаптации
Если есть первые признаки пониженной психической адаптации, нужно проводить лечение. Сделать это можно двумя путями: медикаментозным и психологическим. Медикаментозный метод заключается в применении иммуностимулирующих препаратов, таких как Элеутерококк, Эхинацея и их таблетированные аналоги. Лечение психологическим методом стимулирует человека к активной физической и социальной жизни. Чаще всего эти виды терапии объединяются в один комплекс.
Для лечения сниженной адаптации назначаются иммуностимулирующие препараты
Самым важным критерием в психической адаптации организма к стрессам является активность жизни. Чем больше активность жизни человека, тем более устойчив он будет к экстремальным ситуациям, как к физическим, так и психологическим. Это является важнейшим фактором. Тут стоит не забывать о том, что активностью считается не только физическая деятельность, но также важна часть эмоциональной и социальной сферы.
Совокупность этого всего позволит адаптироваться в любой ситуации с наименьшими последствиями для организма. Активность социальной и физической жизни является лучшим закаливанием для организма. Если есть первые симптомы нарушения психической адаптации, необходимо обращаться к врачу.
Ответы на вопросы о том, какова роль адаптации в жизни индивидуума и почему возникают ее нарушения, предоставлены в видео:
Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям.
АДАПТАЦИЯ - все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.
Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствования в ходе их адаптивных механизмов в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факторам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим - частично, к третьим - не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИЕЙ называют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей, при котором возможна длительная активная деятельность организма, включая трудовую активность в измененных условиях существования и способность воспроизведения здорового потомства.
Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлена состоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической тренированностью, типологическими особенностями, по лом, возрастом конкретного человека.
Адаптационные реакции также делят на ОБЩИЕ, ИЛИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЕ, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотипными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия, и ЧАСТНЫЕ, ИЛИ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздействующего фактора или их комплекса.
НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЙ ответ организма на любое интенсивное воздействие на него назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывающий его фактор - стрессором. Общий адаптационный синдром как ответная реакция на стрессор включает в себя усиление деятельности гипоталамуса, гипофиза, гипертрофию коры надпочечников. В дальнейшем были доказаны участие в стрессорной реакции практически всего организма и ведущая роль в этом центральной нервной системы.
Тем не менее, об адаптированности организма человека к новым условиям свидетельствуют восстановление полноценной физической и умственной работоспособности; его переносимость в субэкстремальных условиях; достаточно совершенная адаптированность к временным факторам; нормальный иммунный статус организма человека; воспроизведение здорового потомства; устойчивый уровень активности реакций и взаимодействия функциональных систем.
В развитии большинства адаптации прослеживается два ЭТАПА: начальный - «СРОЧНАЯ» адаптация, и последующий - «ДОЛГОВРЕМЕННАЯ» адаптация. «СРОЧНАЯ» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессора на основе готовых физиологических механизмов. Например, увеличение теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение легочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и т. д. «Срочная» адаптация мобилизует функциональные резервы и часто в неполной мере обеспечивает адаптационный эффект.
«ДОЛГОВРЕМЕННАЯ» адаптационная реакция развивается посте пенно в результате длительного или многократного действия на организм факторов внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «срочной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных изменений организм приобретает новое качество - из неадаптированного превращается в адаптированный. Именно переход от «срочной» адаптации к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в новых условиях.
Для готовности организма к адаптации и эффективности ее осуществления значительную роль играют факторы, укрепляющие общее состояние организма, стимулирующие его неспецифическую устойчивость:
Рациональное питание;
Обоснованный режим;
Адаптирующие медикаментозные средства;
Физическая тренировка;
Закаливание.
Из многообразия факторов развития адаптации особое место отводится физической тренировке, которая развивая механизм координации в нервной системе, обусловливает повышение обучаемости, тренируемости нервной системы и организма в целом.
Как известно, на территории нашей планеты проживает огромное количество самых разных живых организмов. Каждый из них обитает исключительно в тех условиях проживания, к которым он приспособлен. Свойство организмов перестраиваться на новые особенности среды обитания, носит наименование адаптации. Такая приспособленность представляет собой целую совокупность разных особенностей физиологического строения и поведенческих особенностей конкретного вида, которые дают ему возможность вести жизнедеятельность в определенных окружающих условиях. Поговорим об особенностях адаптации организмов к условиям среды обитания чуть более подробно.
Адаптация является важнейшей частью процесса эволюции, она помогает организму решать определенные экологические задачи, которые перед ним ставит среда обитания. Такие задачи решаются путем изменения, совершенствования, а иногда и исчезновения особей. Эти процессы помогают достигнуть состояния адаптированности организмов тем экологическим нишам, которые они занимают. Соответственно, адаптацию можно рассматривать как широкую основу для появления либо исчезновения определенных органов, разделения видов на разные, формирования новых популяций и разновидностей, а также для усложнения организации.
Адаптация является непрерывным процессом, который затрагивает самые разные признаки организма.
Некоторые новые приспособления способны возникать лишь при наличии у конкретной особи наследственной информации, которая способствует изменению структур либо функций в нужном направлении. Так развитие у млекопитающих и насекомых дыхательной системы возможно лишь под контролем определенных генов.
Рассмотрим разные виды адаптации живых организмов более подробно.
Пассивная защита
В течение эволюции многие живые особи выработали определенные средства для защиты себя и своего потомства. Так ярким примером подобной адаптации принято считать покровительственную окраску, вследствие которой особи становятся трудно различимыми и защищенными от хищников. К примеру, отложенные на песок либо землю яйца окрашены в серые и бурые цвета с разными пятнышками, соответственно, их трудно найти среди окружающей почвы. В недоступных для хищников участках яйца в большей части случаев лишены окраски.
Таким же типом адаптации пользуются и животные пустынь, ведь их цвет обычно представлен разными оттенками желто-бурого и песчано-желтого.
Как вариант пассивной защиты еще можно рассматривать и отпугивающую раскраску, ведь она помогает защититься от хищников, как бы предупреждая о несъедобности конкретного организма.
Кроме того такая разновидность адаптации может рассматриваться и в тех случаях, когда организм вырабатывает похожесть с окружающей средой. Как пример можно рассматривать жуков, схожих с лишайниками, цикад, похожих на шипы кустарников, и насекомых-палочников – неотличимых от веточек.
Механизмы пассивной защитной адаптации также включают в себя высокую плодовитость определенных особей, а также прочие средства, к примеру, твердое покрытие у раков и крабов, колючки, шипы и ядовитые волоски у растений.
Относительность и целесообразность адаптации
Изменения в строении и поведении организмов появляются в ответ на определенные экологические задачи, соответственно, они отличаются относительностью и целесообразностью. Так если говорить об относительности, то она состоит в ограниченности таких приспособительных изменений в зависимости от условий обитания. Так, к примеру, особая пигментированная окраска бабочек березовых пядениц в отличие от белых их разновидностей становится заметной и ценной лишь, если увидеть их на закопченном стволе дерева. При изменении условий окружающей среды такие адаптации могут не приносить никакой пользы организму, и даже вредить ему.
Например, активный и постоянный рост резцов у крыс полезен лишь в том случае, если они питаются твердой пищей. При переходе на мягкое питание, резцы могут вырасти до чрезмерного размера и сделать потребление пищи невозможным.
Также стоит подчеркнуть, что адаптационные изменения не способны обеспечить их обладателей стопроцентной защитой. Особая окраска пчел и ос защищает их от поедания многими птицами, однако есть разновидности пернатых, которые не обращают на нее никакого внимания. Ежи способны есть ядовитых змей. А тот твердый панцирь, который защищает наземных черепах от врагов, разбивается при сбрасывании их с высоты хищными птицами.
Адаптация организмов в жизни человека
Именно адаптационными свойствами различных организмов объясняется и появление новых бактерий и прочих микроорганизмов, которые устойчивы к лекарственным препаратам. Такая тенденция особенно четко просматривается при использовании антибиотиков, так как со временем их применение становится неэффективным. Микроорганизмы могут обучиться синтезировать особый фермент, который разрушает используемое лекарство, либо их клеточные стенки становятся непроницаемыми для воздействия активных веществ препарата.
Возникновение устойчивых штаммов микроорганизмов часто является виной врачей, которые применяют минимальные дозы препаратов, чтобы снизить вероятность развития побочных эффектов. Если перенести такую особенность на окружающий мир, то становится понятно, каким образом насекомые и млекопитающие вырабатывают резистентность к разного рода ядам.
Адаптационные свойства всех организмов стоит рассматривать, как часть естественного отбора.
возникает в процессе эволюции для решения организмом экологических задач, предъявляемых средой обитания. Они являются изменяющимся, совершенствующимся, иногда исчезающим приспособлением организмов к конкретным факторам среды. В результате выработки адаптации достигается состояние адаптированности (или соответствия морфологии, физиологии, поведения организмов) занимаемым ими экологическим нишам, которые представляют собой всю совокупность условий среды и образа жизни данного организма. Т.о. адаптацию можно считать широкой основой для возникновения или исчезновения органов, дивергенции (расхождения) видов, образования новых популяций и видов и усложнения организации.
Процесс выработки адаптации происходит постоянно и в него вовлекаются многие признаки организма [показать] .
Эволюция птиц от рептилий включала, например, последовательные изменения костей, мышц, покровов, конечностей.
Увеличение грудины, перестройка гистологической структуры костей, придавшая им наряду с прочностью легкость, развитие оперения, обусловившего лучшие аэродинамические свойства и терморегуляцию, превращение пары конечностей в крылья, обеспечило решение проблемы полета.
У некоторых представителей птиц впоследствии развились приспособления к наземному или водному образу жизни (страус, пингвин), при этом вторичные адаптации захватили также ряд признаков. Пингвины, например, сменили крылья на плавники, а их покрoвы стали водонепроницаемыми.
Однако приспособление образуется только при наличии в генофонде вида наследственной информации, способствующей изменению структур и функций в требуемом направлении. Так, млекопитающие и насекомые используют для дыхания, соответственно, легкие и трахеи, которые развиваются из разных зачатков под контролем разных генов.
К адаптации иногда приводит новая мутация, которая, включившись в систему генотипа, изменяет фенотип в направлении более эффективного решения экологических задач. Этот путь возникновения адаптации называется комбинативным.
Для решения одной экологической задачи могут быть использованы разные адаптации. Так, средством термоизоляции у медведей, песцов служит густой мех, а у китообразных - жировой подкожный слой.
Есть несколько классификаций адаптации.
По механизму действия выделяют
Приспособления пассивной защиты
- покровительственная окраска. Благодаря покровительственной окраске организм становится трудно различимым и, следовательно, защищенным от хищников.
- Яйца птиц, откладываемые на песок или на землю, имеют серый и бурый цвет с пятнышками, сходный с цветом окружающей почвы. В тех случаях, когда яйца недоступны для хищников, они обычно лишены окраски.
- 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 обладают еще способностью менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона
- Способность менять окраску путем перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеон).
- Животные пустынь, как правило, имеют желто-бурую или песочно-желтую окраску.
- Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранча) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопы) и хищникам (лев).
- Расчленяющая покровительственная окраска в виде чередования на теле светлых и темных полос и пятен. Зебры и тигр плохо видны уже на расстоянии 50-40 м из-за совпадения полос на теле с чередованием света и тени в окружающей местности. Расчленяющая окраска нарушает представления о контурах тела.
- отпугивающая (предостерегающая) окраска - также обеспечивает защиту организмов от врагов.
Яркая окраска обычно характерна для ядовитых животных и предупреждает хищников о несъедобности объекта их нападения. Эффективность предостерегающей окраски послужила причиной очень интересного явления-подражания - мимикрии [показать] .
Мимикрией называется сходство беззащитного и съедобного вида с одним или несколькими неродственными видами, хорошо защищенными и обладающими предостерегающей окраской. Явление мимикрии распространено у бабочек и других насекомых. Многие насекомые имитируют жалящих насекомых. Известны жуки, мухи, бабочки, копирующие ос, пчел, шмелей.
Мимикрия встречается и у позвоночных животных - змей. Во всех случаях сходство чисто внешнее и направлено на формирование определенного зрительного впечатления у потенциальных врагов.
Для видов-подражателей важно, чтобы их численность была невелика по сравнению с моделью, которой они подражают, иначе у врагов не будет выработан устойчивый отрицательный рефлекс на предостерегающую окраску. Низкая численность мимикрирующих видов поддерживается высокой концентрацией летальных генов в генофонде.
- сходство формы тела с окружающей средой - известны жуки, напоминающие лишайники, цикады, сходные с шипами тех кустарников, среди которых они живут. Насекомые-палочники похожи на небольшую бурую
или зеленую веточку.
Защитное действие покровительственной окраски или формы тела повышается при сочетании ее с соответствующим поведением. Например, гусеницы пядениц в защитной позе сходны с веткой растения. Отбор уничтожает особей, поведение которых демаскирует их.
- высокая плодовитость
- другие средства пассивной защиты
- Развитие колючек и игл у растений защищает их от поедания травоядными животными
- Такую же роль играют ядовитые вещества, обжигающие волоски (крапива).
- Кристаллы щавелевокислого кальция, образующиеся в клетках некоторых растений, защищают их от поедания гусеницами, улитками и даже грызунами.
- Образования в виде твердого хитинового покрова у членистоногих (жуки, крабы), раковин у моллюсков, чешуи у крокодилов, панциря у броненосцев и черепах хорошо предохраняют их от многих врагов. Этому же служат иглы ежа и дикобраза.
Приспособления активной защиты, перемещения,
поиска пищи или партнера для размножения
- совершенствование аппарата движения, нервной системы, органов чувств, развитие средств нападения у хищных
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 1000 раз превосходит чувствительность рецепторов человеческого языка. Ночные хищники, например совы, прекрасно видят в темноте. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если разница их температур составляет всего 0,2 °С.
Приспособления к общественному образу жизни - разделение "труда" у пчел.
В зависимости от характера изменения
- адаптации с усложением морфофизиологической организации
- выход кистеперых рыб на сушу в девоне, что позволило им дать начало наземным позвоночным
Для кистеперых рыб конечности служили для ползания по дну водоемов. Заглатывание воздуха и использование кислорода с помощью выпячивания стенки кишки - примитивных легких - предоставляло возможность компенсировать дефицит кислорода в водоемах того времени. Эти структуры позволили некоторым рыбам покидать на время водоемы. Первоначально такие выходы совершались, видимо, в дождливые дни или влажные ночи. Именно так делает в настоящее время американский сомик-кошка (Ictalurus nebulosis). Впоследствии эти структуры развились в легкие и конечности наземных животных. В дальнейшем вся организация рыб претерпела глубокие изменения в процессе приспособления к жизни на суше.
Такие изменения при освоении новой среды обитания, расширяющие круг функций на основе структур, ранее выполнявших другие функции, но изменившиеся в таком направлении и до такой степени, что смогли взять на себя новые функции - называется преадаптацией.
Явление преадаптации лишний раз подчеркивает приспособительный характер эволюции, основанной на отборе полезных наследственных изменений и прогрессивных преобразований существующих структур в процессе освоения новых условий среды.
По масштабу приспособления
- специализированные адаптации . С помощью специализированных адаптации организм решает конкретные задачи в узколокальных условиях жизни вида. К примеру, особенности строения языка муравьеда обеспечивают питание муравьями.
- общие адаптации - позволяют решать многие задачи в широком спектре условий среды. К ним относятся внутренний скелет позвоночных и наружный членистоногих, гемоглобин как переносчик кислорода и др. Такие адаптации способствуют освоению разнообразных экологических ниш, обеспечивают значительную экологическую и эволюционную пластичность и обнаруживаются у представителей крупных таксонов организмов. Так, первичный роговой покров предковых форм рептилий в процессе исторического развития дал покровы современных рептилий, птиц, млекопитающих. Масштаб приспособления выявляется в ходе эволюции той группы организмов, у которой оно возникло впервые.
Таким образом, строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой видовой признак или свойство носит приспособительный характер и целесообразен в данной среде, в данных жизненных условиях.
Относительность и целесообразность приспособленности организмов
Адаптации возникают в ответ на конкретную экологическую задачу, поэтому они всегда относительны и целесообразны. Относительность адаптации заключается в ограниченности их приспособительного значения определенными условиями обитания. Так, приспособительная ценность пигментированности бабочек березовых пядениц по сравнению со светлыми формами очевидна лишь на закопченных стволах деревьев.
При изменении условий среды адаптации могут оказаться бесполезными или даже 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.
Ни один из приспособительных признаков не обеспечивает абсолютной безопасности для их обладателей. Благодаря мимикрии большинство птиц не трогает ос и пчел, однако среди них есть виды, которые едят и ос, и пчел, и их подражателей. Еж и птица-секретарь без вреда поедают ядовитых змей. Панцирь наземных черепах надежно защищает их от врагов, но хищные птицы поднимают их в воздух и разбивают о землю.
Биологическая целесообразность организации живых существ проявляется в гармонии между морфологией, физиологией, поведением организмов разных видов и средой их обитания. Она заключается также в удивительной согласованности строения и функций отдельных частей и систем самого организма. Сторонники теологического объяснения происхождения жизни видели в биологической целесообразности проявление мудрости творца природы. Телеологическое объяснение биологической целесообразности исходит из принципа "конечной цели", согласно которому жизнь развивается направленно в силу внутренне присущего стремления к известной цели. Со времен Ж. Б. Ламарка существуют гипотезы, связывающие биологическую целесообразность с принципом адекватного ответа организмов на изменения во внешних условиях и наследованием таких "благоприобретенных признаков". Убедительным аргументом в пользу целесообразности изменений под влиянием среды долго признавался факт "привыкания" микроорганизмов к лекарственным препаратам, - сульфаниламидам, антибиотикам. Опыт В. и Э. Ледербергов показал, что это не так.
В чашке Петри на поверхности твердой питательной среды микроб образует колонии (1). Специальным штампом (2) отпечаток всех колоний перенесли на среду со смертельной дозой антибиотика (3). Если в этих условиях вырастала хоть одна колония, то она происходила от колонии микробов, также устойчивых к данному препарату. В отличие от других колоний первой чашки Петри (4) она давала рост в пробирке с антибиотиком (5). Если число исходных колоний было велико, то среди них, как правило, находилась и устойчивая. Таким образом, речь идет не о направленном приспособлении микроба, а о состоянии преадаптации, которое обусловлено наличием в геноме микроорганизма аллеля, блокирующего действие антибиотика. В одних случаях "устойчивые" микробы синтезируют фермент, разрушающий лекарственное вещество, в других - стенка клетки становится непроницаемой для препарата.
Появлению штаммов микроорганизмов, устойчивых к лекарственным препаратам, способствует неправильная тактика врачей, которые, желая избежать побочных эффектов, назначают низкие, сублетальные дозы лекарств. Также можно объяснить появление форм, резистентных к ядам, среди насекомых и млекопитающих - среди мутантных организмов находится устойчивая форма, которая подвергается положительному отбору в условиях действия отравляющего вещества. Например, устойчивость крыс к варфарину, используемому для их уничтожения, зависит от присутствия в генотипе определенного доминантного аллеля.
Возможность "прямого приспособления" организмов к среде обитания, "переделки природы путем ассимиляции условий" утверждалась некоторыми биологами еще в 40-50-е годы текущего столетия. Точки зрения, приведенные выше, соответствуют идеалистическим взглядам, и не могут объяснить биологическую целесообразность без привлечения идеи если не бога, то специальной цели или программы развития жизни, существовавших еще до ее возникновения.
Биологическая целесообразность строения и функций организмов складывается в процессе развития жизни. Она представляет собой историческую категорию. Об этом свидетельствует смена типов организации, занимающих господствующее положение в органическом мире планеты. Так, господство амфибий на протяжении почти 75 млн. лет сменилось господством рептилий, затянувшимся на 150 млн. лет. В периоды господства любой группы наблюдается несколько волн вымирания, которые изменяют относительный видовой состав соответствующего крупного таксона.
Появление любых адаптации и биологической целесообразности в целом объясняется работой в природе на протяжении более чем 3,5 млрд. лет естественного отбора. Из множества случайных отклонений он сохраняет и накапливает наследственные изменения, имеющие приспособительную ценность. Это объяснение позволяет понять, почему биологическая целесообразность, если ее рассматривать в пространстве и времени, является относительным свойством живых существ и почему в конкретных условиях обитания отдельные приспособления достигают лишь той степени развития, которая достаточна для выживания в сравнении с приспособлениями конкурентов.