Cechy adaptacji organizmów do braku wody. Organizmy żywe, siedlisko
Przystosowanie organizmu do środowiska odgrywa ogromną rolę w przetrwaniu istot żywych i jest wynikiem doboru naturalnego.
Istnienie ewolucyjnego mechanizmu przystosowania zapewnia maksymalne przystosowanie się gatunku do warunków, w jakich żyje.
Adaptacyjność – co to jest?
Polega na zgodności cech strukturalnych, procesów fizjologicznych i zachowania żywego organizmu ze środowiskiem, w którym żyje.
Mechanizm ten zwiększa szanse na przeżycie, optymalne odżywienie, krycie i wychowanie zdrowego potomstwa. Jest to uniwersalna cecha charakterystyczna wszystkich stworzeń na planecie, od bakterii po wyższe formy życia.
Ten mechanizm adaptacyjny objawia się w bardzo różnorodny sposób. Rośliny, zwierzęta, ryby, ptaki, owady i inni przedstawiciele flory i fauny wykazują się dużą pomysłowością w wyborze środków pomagających zachować swój gatunek.
Rezultatem jest zmiana koloru, kształtu ciała, budowy narządów, metod rozmnażania i odżywiania.
Cechy adaptacji do środowiska i ich skutki
Przykładowo ciało żaby zlewa się z kolorem wody i trawy, czyniąc ją niewidoczną dla drapieżników. Zając w rakietach śnieżnych zimą zmienia kolor z szarego na biały, dzięki czemu jest niewidoczny na tle śniegu.
Kameleon jest uważany za mistrza w praktyce kamuflażu. Ale, niestety, pomysł, że dostosowuje się do koloru miejsca, w którym się znajduje, nieco upraszcza rzeczywisty obraz. Zmiana koloru tej niesamowitej jaszczurki jest reakcją na ekspozycję na temperaturę powietrza, promienie UV pochodzące ze słońca, a nawet zależy od nastroju.
A biedronka zamiast kamuflażu stosuje inną strategię doboru koloru - straszenie. Jego bogaty czerwony kolor z czarnymi kropkami daje sygnał, że owad ten może być trujący. To nieprawda, ale jakie to ma znaczenie, jeśli taki ruch pomoże ci przetrwać?
Głowa dzięcioła jest doskonałym przykładem kształtowania się określonego kształtu ciała, budowy i funkcjonowania narządów. Ptak ma mocny, ale elastyczny dziób, bardzo długi, cienki język i system amortyzacji, który chroni mózg przed urazami, gdy dziób ptaka uderza z dużą siłą w pień drzewa.
Interesującym odkryciem jest „agresja” u roślin. Płatki pokrzywy to doskonały sposób na ochronę przed roślinożercami. Cierń wielbłąda posiada zmodyfikowane liście i korzenie, dzięki czemu skutecznie zatrzymuje wilgoć w warunkach pustynnych. Sposób żerowania rosiczki zjadającej muchy pozwala jej na pozyskiwanie składników odżywczych w sposób bardzo nietypowy dla rośliny.
Specjacja geograficzna
Właściwe jest również użycie terminu „alopatyczne” tworzenie gatunków. Wiąże się to z ekspansją siedliska, gdy gatunek zajmuje coraz większe terytoria. Lub z faktem, że terytorium jest podzielone naturalnymi barierami - rzekami, górami itp.
W takiej sytuacji dochodzi do zderzenia z nowymi warunkami i nowymi „sąsiadami” – gatunkami, z którymi trzeba nauczyć się współdziałać. Z biegiem czasu prowadzi to do tego, że dzięki zdolnościom adaptacyjnym gatunek zaczyna kształtować się i utrwalać genetycznie nowe korzystne cechy.
Przedstawiciele populacji izolowanych geograficznie nie krzyżują się. W rezultacie zaczynają wykazywać wiele dość uderzających różnic w stosunku do swoich krewnych. Zatem wilk torbacz i wilk z rzędu mięsożerców w wyniku selekcji znacznie różniły się swoimi cechami.
Specjacja ekologiczna
Nie wiąże się z bezpośrednim poszerzaniem zasięgu. Dzieje się tak na skutek tego, że w obrębie tego samego siedliska warunki życia mogą się różnić.
Zatem wśród roślin przykładem jest różnorodność gatunkowa mniszka lekarskiego, która jest zróżnicowana w całej Eurazji.
Względny charakter sprawności kaktusów
Roślina wykazuje niesamowitą zdolność przetrwania w najcięższych warunkach suszy: woskowy nalot i kolce minimalizują parowanie, dobrze rozwinięty system korzeniowy potrafi wnikać głęboko w glebę i gromadzić wilgoć, a igły chronią przed roślinożercami. Ale w sytuacji ulewnych ulew kaktus umiera z powodu nadmiaru wilgoci z powodu gnicia systemu korzeniowego.
Względne wzorce sprawności niedźwiedzia polarnego
Po łacinie niedźwiedź ten nazywa się Ursus maritima, co oznacza niedźwiedź morski. Jego sierść jest doskonale przystosowana do zimnej wody.
Nie przepuszcza wody podczas pływania i niemal całkowicie blokuje przekazywanie ciepła ze skóry zwierzęcia. Jeśli jednak umieścisz niedźwiedzia polarnego w cieplejszym środowisku jego brązowych krewnych, umrze z powodu przegrzania.
Względny charakter sprawności kretów
Zwierzę to żyje głównie w ziemi. Ma opływowy kształt ciała, potężne kończyny w kształcie łopatek z rozwiniętymi pazurami. Bardzo zręcznie kopie wielometrowe tunele.
Jednocześnie nie jest wcale zorientowany na powierzchni: jego układ wzrokowy jest nierozwinięty i może poruszać się jedynie poprzez czołganie.
Względny charakter sprawności wielbłąda
Garb wielbłąda jest jego dumą! W warunkach suszy gromadzi się tam cenna woda. Oczywiście nie w sensie dosłownym woda – są to cząsteczki H2O związane z komórkami lipidowymi i tłuszczowymi.
Zwierzę może długo znosić głód, leżeć na gorącym piasku, a pocenie się jest zminimalizowane. Nie bez powodu koczownicy z Sahary jeździli na wielbłądach. Ale, niestety, w śnieżnych warunkach to odporne piękno nie radzi sobie z ruchem, odżywianiem i utrzymywaniem temperatury ciała.
Czym charakteryzuje się zdolność roślin do zapylania przez owady?
Kwiaty roślin są piękne, różnią się od siebie, chcesz je podziwiać! To prawda, że \u200b\u200bbiologiczne znaczenie tego piękna wcale nie jest zadowalające człowieka.
Głównym zadaniem rośliny kwitnącej jest przyciąganie owadów zapylających. Stosuje się do tego kilka głównych sposobów: jasny kolor dużych kwiatów, przyjemny aromat dla owadów, tłoczenie małych kwiatów w kwiatostany i, oczywiście, pożywny nektar wewnątrz kwiatu.
Wnioski dotyczące zdolności adaptacyjnych organizmów do środowiska
Identyfikowanie wzorców i badanie adaptacji świata zwierząt w różnych formach życia lądowego, wodnego i powietrznego jest ważnym i nieskończenie interesującym tematem dla badaczy. Ponieważ ujawnia główne ścieżki ewolucyjnego procesu modyfikacji istot żywych.
Jeden z rezultatów, ale nie naturalna siła napędowa procesu, można nazwać rozwojem wszystkich żywych organizmów - adaptacje do środowiska. C. Darwin podkreślał, że wszelkie adaptacje, niezależnie od tego, jak doskonałe są, są względne. Dobór naturalny kształtuje przystosowanie się do określonych warunków bytu (w danym czasie i miejscu), a nie do wszystkich możliwych warunków środowiskowych. Różnorodność adaptacji specyficznych można podzielić na kilka grup, które są formami adaptacji organizmów do środowiska.
Niektóre formy adaptacji u zwierząt:
Ubarwienie ochronne i kształt ciała (kamuflaż). Na przykład: konik polny, biała sowa, flądra, ośmiornica, patyczak.
Kolorystyka ostrzegawcza. Na przykład: osy, trzmiele, biedronki, grzechotniki.
Zastraszające zachowanie. Na przykład: chrząszcz bombardier, skunks lub amerykański śmierdzący robak.
Mimika(zewnętrzne podobieństwo zwierząt niechronionych i chronionych). Na przykład: bzyg wygląda jak pszczoła, nieszkodliwe tropikalne węże wyglądają jak jadowite węże.
Niektóre formy adaptacji u roślin:
Dostosowania do ekstremalnej suchości. Na przykład: pokwitanie, nagromadzenie wilgoci w łodydze (kaktus, baobab), przekształcenie liści w igły.
Adaptacje do wysokiej wilgotności. Np.: duża powierzchnia liści, dużo aparatów szparkowych, zwiększona intensywność parowania.
Przystosowanie do zapylania przez owady. Na przykład: jasny, atrakcyjny kolor kwiatu, obecność nektaru, zapach, kształt kwiatu.
Przystosowania do zapylania przez wiatr. Przykładowo: pręciki z pylnikami wystają daleko poza kwiat, pyłek jest drobny i lekki, słupek jest mocno owłosiony, płatki i działki działkowe nie są rozwinięte i nie przeszkadzają wiatrowi wiejącemu w innych częściach kwiatu.
Przystosowalność organizmów
- względna celowość budowy i funkcji organizmu, będąca wynikiem doboru naturalnego, eliminującego osobniki nieprzystosowane do danych warunków życia. Tak więc ochronne ubarwienie zająca brunatnego latem czyni go niewidocznym, ale niespodziewanie padający śnieg sprawia, że to samo ochronne ubarwienie zająca jest nieodpowiednie, ponieważ staje się wyraźnie widoczne dla drapieżników. Rośliny zapylane przez wiatr pozostają niezapylone podczas deszczowej pogody.
Rośliny i zwierzęta są zadziwiająco przystosowane do warunków środowiskowych, w których żyją. Pojęcie „przystosowalności gatunku” obejmuje nie tylko cechy zewnętrzne, ale także zgodność struktury narządów wewnętrznych z pełnionymi przez nie funkcjami (na przykład długi i złożony przewód pokarmowy przeżuwaczy jedzących pokarmy roślinne). Zgodność funkcji fizjologicznych organizmu z warunkami życia, ich złożonością i różnorodnością mieści się również w pojęciu sprawności.
Dla przetrwania organizmów w walce o byt ogromne znaczenie mają zachowania adaptacyjne. Oprócz ukrywania się lub demonstracyjnego zachowania zastraszającego, gdy zbliża się wróg, istnieje wiele innych opcji zachowań adaptacyjnych, które zapewniają przetrwanie dorosłym i młodym osobnikom. W ten sposób wiele zwierząt gromadzi żywność na niesprzyjającą porę roku. Na pustyni dla wielu gatunków okresem największej aktywności jest noc, kiedy ustępują upały.
Zdolność adaptacyjna organizmów jest wynikiem działania czynników ewolucyjnych.
Względny charakter adaptacji
klasa 11 (9) (2 godziny)
Lekcja 1. „Cechy adaptacyjne organizmów”
Wsparcie metodyczne
Lekcja budowana jest przy użyciu techniki „SPIRAL”, która jest integralną częścią technologii krytycznego myślenia. Cel jego użycia:
– aktywizacja aktywności umysłowej uczniów na lekcjach;
– rozwijanie umiejętności pozyskiwania informacji z różnych źródeł, umiejętności porównywania i analizowania studiowanego materiału.
Technika ta pozwala na kilkukrotną analizę badanego materiału, na różnych poziomach percepcji, co tworzy solidniejszą wiedzę.
Etapy pracy:
– stworzenie sytuacji problematycznej;
– indywidualna praca uczniów z kartami, późniejsza wspólna dyskusja i formułowanie wniosków pośrednich;
– uczniowie pracują w parach z tekstem, opracowując kartę pracy;
– zbiorowa dyskusja na temat informacji przedstawionych w tekście;
– opowieść nauczyciela, uzupełnienie tabeli, sformułowanie wniosków końcowych;
– przygotowanie indywidualnego raportu.
Planowany wynik: Studenci poszerzają i systematyzują wiedzę na temat cech adaptacyjnych organizmów.
Metoda nauczania– problematyczne: czym zmiany różnią się od adaptacji? Dlaczego organizmy (gatunki) są zaskakująco dobrze przystosowane do warunków środowiskowych?
Materiały do lekcji:
– 12 kart z przykładami różnych adaptacji;
– tekst „Cechy adaptacyjne organizmów”;
– przykładowa tabela do wypełnienia.
Sprawdzanie efektywności lekcji: oceny uczniów za pracę indywidualną i w parach; losowe sprawdzanie raportów; przez lekcję - test błyskawiczny (labirynt biologiczny) przez 10 minut.
PODCZAS ZAJĘĆ
Aby przetrwać, musisz szybko się zmienić.
L. Carrolla ("Alicja w krainie czarów")
Sformułowanie problemuPrzykład 1. Na wyblakłym brązowym obszarze oczyszczonym z trawy naukowcy przywiązali modliszki w trzech kolorach do kołków – brązowego, żółtego i zielonego. Podczas eksperymentu ptaki zniszczyły 60% modliszek żółtych, 55% zielonych i tylko 20% modliszek brunatnych, których kolor ciała odpowiadał kolorowi tła.
Podobne doświadczenia przeprowadzono z poczwarkami motyla pokrzywkowego. Jeżeli kolor poczwarek nie odpowiadał kolorowi tła, ptaki niszczyły znacznie więcej poczwarek niż w przypadku koloru odpowiadającego tłu.
Ptactwo wodne w akwenie łowi głównie ryby, których kolor nie pokrywa się z kolorem dna.
pytania
Czego dowiedziałeś się dzięki opisanym eksperymentom?
Co zapewniło przetrwanie modliszkom, poczwarkom motyli i rybom?
Jak można wytłumaczyć wyniki eksperymentów uzyskane przez naukowców?
(Mini-ustalenia ustne).
Przykład 2. Wszyscy wiedzą, że korzenie roślin rosną w dół, wnikając głęboko w glebę. Jednak w dżungli Wenezueli odkryto 12 gatunków drzew, których korzenie wspinały się po pniu.
Co może być przyczyną „dziwnego zachowania” korzeni?
(Opcje odpowiedzi od uczniów).
(Sprawdź odpowiedź nauczyciela: gleba w tych miejscach zawiera tak mało składników odżywczych, że korzenie przystosowały się do wchłaniania jonów Ca, Mg, K i innych pierwiastków ze spływającej po pniu wody deszczowej. Aby potwierdzić to założenie, badacze sztucznie zwiększyli zawartość minerałów w płynącej wodzie, po czym następuje przyspieszenie wzrostu korzeni).
Wstępne zrozumienie tematu lekcji (pisanie na tablicy):
Przystosowalność organizmów
Zdolność adaptacyjna organizmów (od łacińskiego „adaptatio” - adaptacja) to zdolność organizmów do wytrzymywania skutków warunków środowiskowych.
Nauczyciel rozdaje karty (na każdym biurku o numerach parzystych czytane są przykłady parzyste, a odpowiednio nieparzyste – nieparzyste) i prosi o wykonanie zadania:
– Przeczytaj podane przykłady.
– Spróbuj zidentyfikować rodzaje adaptacji.
– Podziel te przykłady na grupy i uzasadnij swój wybór.
Karta 1. W Ameryce Południowej żyje około 10 gatunków leniwców, które są zwierzętami ściśle nadrzewnymi. Normalna pozycja ciała tych niezwykle powolnych stworzeń to wiszące, z opuszczonymi plecami. W przeciwieństwie do wszystkich innych ssaków, sierść leniwców na ciele jest skierowana nie od grzbietu do brzucha, ale wręcz przeciwnie, od brzucha do grzbietu. Glony często osiadają na luźnej, przypominającej siano sierści, co nadaje zwierzęciu zielony kolor, co ułatwia mu ukrywanie się w liściach.
Karta 2. Gąsienice ćm, przyczepiające się do gałęzi tylnymi parami nóg i wyginające do niej pod kątem resztę ciała, przypominają gałązkę. Niektóre modliszki mają podobny kolor i kształt ciała do niektórych części kwiatu, dlatego nazywane są modliszkami kwiatowymi.
Karta 3. Angielski entomolog Brady, który badał zachowanie muchy tse-tse, doszedł do wniosku, że atakuje ona każdy poruszający się, ciepły obiekt, nawet samochód. Mucha atakuje nie tylko zebrę, którą postrzega jedynie jako migające czarno-białe paski.
Karta 4. Chrząszcz bombardier wytwarza substancje chemiczne, które w przypadku zagrożenia są uwalniane do lejkowatej części znajdującej się z tyłu jego ciała. Tam rozpoczyna się gwałtowna reakcja, a powstała nieprzyjemna ciecz, eksplodująca, zostaje rzucona bezpośrednio w atakującego. Mucha hiszpańska „nagradza” drapieżnika płynem wywołującym ropnie.
Karta 5. Bardzo trująca ośmiornica żyje wzdłuż wybrzeża australijskiej prowincji Queensland i w pobliżu Sydney. Chociaż jego rozmiar rzadko przekracza 12 cm, zawiera wystarczającą ilość trucizny, aby zabić 10 osób.
Karta 6. Niektóre zwierzęta chronią się zapachem: skunks północnoamerykański jest w stanie z zadziwiającą celnością rzucić strumień cuchnącej cieczy na odległość 3 m. Może chwilowo oślepić atakującego i zdecydowanie zniechęci go do ponownego ataku na skunksa.
Karta 7. Pokryta ostrzegawczymi paskami, ale całkowicie nieszkodliwa, bzyg wyciąga nektar z kwiatu, podobnie jak pszczoły miodne, które mają potężne żądło. Imitacja bzygowa nie ogranicza się do ubarwienia, ale obejmuje również zachowanie. Bzygowate naśladują dźwięki wydawane przez pszczoły i osy, a gdy zostaną zaniepokojone, brzęczą groźnie.
Karta 8. Australijska jaszczurka brodata potrafi przestraszyć najodważniejszego drapieżnika. Gwiżdże głośno, trzepocze ogonem i unosi czubek tak, że wydaje się 4 razy większy niż w rzeczywistości.
Karta 9. W niektórych przypadkach ryby mogą przebierać się za inne zwierzęta i robią to zbiorowo. Na przykład małe sumy morskie, gdy odkryją, że zbliża się do nich drapieżna ryba, natychmiast grupują się w coś w rodzaju kuli. Ich głowy znajdują się w centrum tej „struktury architektonicznej”, a ich spiczaste ogony wystają. Z daleka „plątanina” przypomina kłującego jeżowca, którego drapieżniki wolą unikać.
Karta 10. Na afrykańskich sawannach żyje mały podziemny gryzoń – nagi kretoszczur. To dziwne, prawie nagie, pozbawione futra stworzenie. Tym większą frajdę sprawia widok wibrysów wystających w różnych kierunkach – na głowie i na brzuchu. Liczne wrażliwe włosy pomagają koparkam poruszać się po ogromnych podziemnych labiryntach stworzonych przez te pracowite zwierzęta.
Karta 11. Niektóre jeże używają wydzielin trujących ropuch do smarowania swoich kolców. Atakując ropuchę, jeż najpierw gryzie jej trujące ślinianki przyuszne, a następnie smaruje igły zatrutą śliną. Podstępnych nawyków uczy się w dzieciństwie. Nowo narodzony, jeszcze niewidomy jeż zlizuje trujący smar z igieł matki i nanosi go językiem na wciąż miękkie igły.
Karta 12. Zwierzęta w chwilach zagrożenia często uciekają się do różnych sztuczek: szczególnie często robią to ptaki - udając ranne, odwracają uwagę drapieżników od gniazd. Nawet tak duże zwierzęta jak słonie potrafią oszukać drapieżniki.
kov - oni też udają, że nie żyją.
Dawno, dawno temu w indyjskiej dżungli złapano dzikiego słonia. Był związany łańcuchami. Nagle słoń upadł na ziemię. Myśliwi próbowali go odepchnąć, ale leżał bez ruchu. Uznali, że słoń nie żyje, zdjęli łańcuchy i odeszli. Słoń zerwał się na nogi i zaczął biec.
Na podstawie wyników dyskusji zapisuje się na tablicy możliwości adaptacji, które uczniowie odkryli na przykładach.
Czytanie i porządkowanie tekstu
Nauczyciel: Aby dowiedzieć się, jakie jeszcze adaptacje występują w przyrodzie, przeczytaj poniższy tekst, przygotuj tabelę podsumowującą i zrób w niej krótkie notatki. Pracuj na takich samych warunkach jak w poprzednim przypadku: na każdym parzystym biurku czytamy o roślinach; każdy nieparzysty dotyczy zwierząt.
Tekst „Cechy adaptacyjne organizmów”
Jeden z rezultatów doboru naturalnego, który jest wiodącą siłą napędową procesu ewolucyjnego, można nazwać rozwojem adaptacji u wszystkich żywych organizmów - adaptacjami do środowiska.
Różnorodność adaptacji specyficznych można podzielić na kilka grup, które są formami adaptacji organizmów do środowiska.
Niektóre formy adaptacji u roślin
Przystosowania do zwiększonej suchości: pokwitanie liści, gromadzenie się wilgoci w łodydze (kaktus, baobab), przekształcenie liści w igły (drzewa iglaste).
Przystosowania do wysokiej wilgotności: duża powierzchnia liści, wiele aparatów szparkowych, zwiększona szybkość parowania.
Przystosowania do zapylania przez wiatr: pręciki z pylnikami wystają daleko poza kwiat, pyłek jest drobny, lekki, słupek jest mocno owłosiony, płatki i działki działkowe nie są rozwinięte i nie przeszkadzają wiatrowi wiejącemu w innych częściach kwiatu.
Przystosowanie do zapylania przez owady: jasna, atrakcyjna barwa kwiatu, obecność nektaru, zapach, kształt kwiatu.
Przystosowania do zasiedlania i rozprowadzania nasion i zarodników: soczyste owoce lub szyszki atrakcyjne dla zwierząt; nasiona z lotkami, pstrami, haczykami, spadochronami; łagodne liczne zarodniki; „wybuchające” owoce (niecierpek, „szalony” ogórek).
Przystosowania do pochłaniania maksymalnej ilości światła: mozaika liści, płaskie szerokie liście, wielowarstwowa kolumnowa i gąbczasta tkanka fotosyntetyczna, wąskie przestrzenie międzykomórkowe, duże ilości chlorofilu.
Przystosowania do przetrwania niesprzyjających warunków: opadanie liści; przechowywanie składników odżywczych w cebulach, kłączach, bulwach, roślinach okopowych; efemeryczność (przebiśniegi, krokusy, cebule).
Przystosowania do braku pożywienia lub tlenu: owadożerne (rosiczka, muchołówka); korzenie powietrzne (storczyki); korzenie oddychające (namorzynowe).
Ochrona przed zjedzeniem przez zwierzęta roślinożerne: igły; ciernie; druzy (kryształy szczawianu potasu), gromadzące się w kolcach lub liściach; trujące soki; kłujące komórki z kłującymi włoskami.
Figura:
Kolor skóry:– w kształcie torpedy (zapobiega powstawaniu turbulencji w przepływach wody podczas ruchu): rekiny, delfiny, pingwiny, kalmary;
– naśladowanie (sprawia, że organizm jest niewidoczny wśród określonych obiektów): patyczaki, gąsienice ciem, cykady, koniki morskie, żabnice;
– spłaszczone (do życia na dnie lub w wąskich szczelinach): planaria, flądra, płaszczki.
– ostrzegawcze (u gatunków o strukturach trujących, parzących, kłujących): osy, trzmiele, pszczoły, chrząszcze pęcherzowe, gąsienice motyli kapuścianych, biedronki, grzechotniki;
– ochronne (skrywa się na tle otoczenia): konik polny zielony, sowa biała, flądra, ośmiornica, zając, mszyce, kuropatwa biała;
– rozczłonkowanie, „kamuflaż” (rozmywa kontury, pomaga pozostać niewidocznym na tle heterogenicznego środowiska, wśród plam i pasów światła i cienia): zebry, tygrysy, młode jelenie cętkowane, żyrafy, zebry pręgowane.Nazywa się adaptacją, w której kształt i kolor ciała zwierzęcia łączy się z otaczającymi obiektami przebranie.
Naśladowanie zwierząt dobrze chronionych i o umaszczeniu ostrzegawczym lub wręcz przeciwnie, nieszkodliwych zwierząt pomaga potencjalnym ofiarom chronić się przed zjedzeniem przez drapieżniki i nazywa się to mimika.
Tabela. Adaptacje organizmów
Wskaźniki sprawności |
Zwierząt |
Rośliny |
1. Przystosowania do czynników abiotycznych (np. zimna) |
1. Gruby płaszcz |
1. Opadanie liści |
2. Metody zdobywania pożywienia |
Aby zdobyć żywność i wodę: 1. Jedzenie liści na wysokich drzewach (długa szyja) |
Aby uzyskać składniki odżywcze, wodę i energię: 1. Pobieranie wody i minerałów (intensywny rozwój korzeni i włośników) |
3. Ochrona przed wrogami |
1. Szybki bieg |
1. Kolce |
4. Zapewnienie efektywności rozrodu |
Przyciąganie partnera seksualnego: 1. Jasne upierzenie |
Przyciąganie zapylaczy: 1. Nektar |
5. Osadnictwo na nowych terytoriach |
Migracje: Przemieszczanie stad, kolonii, stad w poszukiwaniu pożywienia i odpowiednich warunków do rozrodu (migracje ptaków, wędrówki antylop, zebr, łowisk ryb) |
Rozsiewanie nasion i zarodników: 1. Wytrzymałe haki, kolce |
Twarde osłony ciała, kolce i kolce (ochrona mechaniczna przed drapieżnikami): jeżowce, chrząszcze, kraby, ślimaki i małże, żółwie, jeżowce, jeżozwierze).Przykłady:
– bzygi wyglądają jak pszczoły, osy, trzmiele;
– nieszkodliwe węże tropikalne wyglądają jak węże jadowite;
– jaja złożone przez kukułkę odpowiadają kolorowi jaj ptaka żywiciela itp.
Gruczoły jadowe lub toksyny (dla ofiary - ochrona przed zjedzeniem; dla drapieżników - sposób na zabicie lub unieruchomienie ofiary): meduzy, pająki, stonogi, niektóre ryby, wiele płazów, węże.
Adaptacje fizjologiczne:
– usuwanie nadmiaru wody przez nerki w postaci słabo stężonego moczu (zachowanie stałości środowiska wewnętrznego organizmu w warunkach życia w wodzie słodkiej): ryby słodkowodne i płazy;
– wydalanie niewielkiej ilości moczu o dużym stężeniu (utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego organizmu podczas życia w środowisku hiperosmotycznym lub na pustyni): ryby morskie, węże morskie, gryzonie pustynne.
– zdolność do echa, termiki i elektrolokacji (do orientacji w przestrzeni): nietoperze, delfiny, niektóre węże (rozróżniają z odległości obiekty, których temperatura ciała różni się od temperatury otoczenia zaledwie o 0,2°C), ryby.
Zachowanie adaptacyjne:Istnieje wiele innych rodzajów adaptacji fizjologicznych, takich jak zdolność do hibernacji, odporność płynów ustrojowych na zamarzanie, zdolność do przetrwania na niewielkich ilościach tlenu itp.
– odstraszające (ochrona przed drapieżnikami): jaszczurka okrągłogłowa, jaszczurka brodata, sowy;
– zamrażanie (ochrona przed drapieżnikami): oposy, niektóre chrząszcze, płazy, ptaki;
– magazynowanie (wiele zwierząt przechowuje pożywienie na niesprzyjającą porę roku): dziadek do orzechów, sójka, wiewiórka, wiewiórka, pika;
– migracja (unikanie niekorzystnych warunków poprzez przenoszenie się na inne tereny): ptaki wędrowne, niektóre gatunki motyli.
Istnieje wiele innych typów zachowań adaptacyjnych. Na przykład na pustyni dla wielu gatunków okresem największej aktywności jest noc, kiedy ustępują upały.
Opieka nad potomstwem:
– noszące jaja na tułowiu lub w pysku: skorupiaki, koniki morskie, tilapia, pipa surinamska;
– budowę gniazda i hodowlę w nim potomstwa: niektórych płazów i ryb (cierniki, koguty, makropody), ptaków, wszystkich ssaków łożyskowych, które rodzą bezbronne młode;
– karmienie potomstwa: osy, pszczoły, mrówki, niektóre ryby (dyskowce), ptaki, ssaki. Chrząszcze skarabeuszowe i samotne osy nie żywią się larwami, ale zapewniają im zapas pożywienia.
Na podstawie wyników dyskusji nad tekstem sporządzana jest tabela (patrz s. 18).
Podsumowanie lekcji
Rośliny i zwierzęta są zadziwiająco przystosowane do warunków środowiska, w którym żyją. Pojęcie „przystosowalności gatunku” obejmuje nie tylko cechy zewnętrzne, ale także zgodność struktury narządów wewnętrznych z pełnionymi przez nie funkcjami (na przykład długi i złożony przewód pokarmowy przeżuwaczy jedzących pokarmy roślinne).
Zgodność funkcji fizjologicznych organizmu z warunkami życia, ich złożonością i różnorodnością mieści się również w pojęciu sprawności.
Zastanów się, jaki wniosek z powyższego wyciągnąć, omów w parach, zrób notatki w swoich raportach.
Praca domowa
Opcja 1. Pomyśl i zapisz w zeszycie oznaki wzajemnych adaptacji drapieżników i ofiar.
Ciąg dalszy nastąpi
Przebieg wszystkich procesów biochemicznych w komórkach i normalne funkcjonowanie organizmu jako całości jest możliwy tylko przy wystarczającym zaopatrzeniu w wodę - warunek niezbędny do życia.
Niedobór wilgoci jest jedną z najważniejszych cech lądowo-powietrznego środowiska życia. Cała ewolucja organizmów lądowych przebiegała pod znakiem przystosowania się do pozyskiwania i zatrzymywania wilgoci. Reżimy wilgotności na lądzie są bardzo zróżnicowane - od całkowitego i stałego nasycenia powietrza parą wodną w niektórych obszarach tropików po ich prawie całkowity brak w suchym powietrzu pustyń. Występuje także duża dobowa i sezonowa zmienność zawartości pary wodnej w atmosferze. Zaopatrzenie organizmów lądowych w wodę zależy również od reżimu opadów, obecności zbiorników, rezerw wilgoci gleby, bliskości wód gruntowych itp. Doprowadziło to do rozwoju wielu adaptacji organizmów lądowych do różnych reżimów zaopatrzenia w wodę, które już zostało omówione powyżej. Ekologia gatunków żyjących w atmosferze nasyconej parą wodną jest zbliżona do ekologii organizmów wodnych. Kserofilność roślin i zwierząt jest charakterystyczna tylko dla środowiska gruntowo-powietrznego.
Przystosowanie roślin do utrzymania bilansu wodnego. Niższe rośliny lądowe z wilgotnego podłoża pobierają wodę z zanurzonych w nim części plechy, a wilgoć z deszczu, rosy i mgły – z całej powierzchni. W najbardziej spuchniętym stanie porosty zawierają 2-3 razy więcej wody niż suchej masy.
Wśród wyższych roślin lądowych mszaki pobierają wodę z gleby poprzez ryzoidy, a większość innych poprzez korzenie, wyspecjalizowane narządy pochłaniające wodę. Siła ssąca najczęściej rozwija się w komórkach korzeniowych i wynosi kilka atmosfer, ale to wystarczy, aby wydobyć większość związanej wody z gleby. Drzewa leśne strefy umiarkowanej rozwijają siłę ssania korzeni rzędu 3-106 Pa (30 atm), niektóre rośliny zielne ( poziomka, miotełka) - do 2-106 Pa (20), a nawet ponad 4-106 Pa ( 40 atm) (smoła zwykła); rośliny w suchych obszarach - do 60 atm.
Kiedy w glebie w bezpośrednim sąsiedztwie korzeni wyczerpują się zapasy wody, korzenie poprzez wzrost zwiększają powierzchnię czynną, dzięki czemu system korzeniowy rośliny znajduje się w ciągłym ruchu. W roślinach stepowych i pustynnych często można spotkać efemeryczne korzenie, które w okresach wilgotnej gleby szybko rosną, a wraz z nadejściem okresu suchego wysychają.
Ze względu na rodzaj rozgałęzień systemy korzeniowe dzielimy na ekstensywne i intensywne.Rozbudowany system korzeniowy pokrywa dużą objętość gleby, ale rozgałęzia się stosunkowo słabo, przez co korzenie rzadko wnikają w glebę. Są to systemy korzeniowe wielu roślin stepowych i pustynnych (saksak, cierń wielbłąda), drzew strefy umiarkowanej (sosna zwyczajna, brzoza brodawkowata) oraz traw lucerny sierpowatej, chabra szorstkiego itp.
Intensywny system korzeniowy pokrywa niewielką objętość gleby, ale gęsto wnika w nią licznymi silnie rozgałęzionymi korzeniami, jak np. u stepowych traw darniowych (trawa pierzasta, kostrzewa itp.), żyto, pszenica. Pomiędzy tymi typami istnieją typy przejściowe systemów korzeniowych.
Systemy korzeniowe są bardzo plastyczne i gwałtownie reagują na zmieniające się warunki, przede wszystkim wilgoć. Przy braku wilgoci system korzeniowy staje się bardziej rozbudowany. Zatem przy uprawie żyta w różnych warunkach całkowita długość korzeni (bez włośników) w 1000 cm3 gleby waha się od 90 m do 13 km, a powierzchnia włośników może wzrosnąć 400 razy.
Pobieranie wody przez korzenie jest utrudnione, gdy gleba jest bardzo sucha, zasolona lub silnie kwaśna lub ma niskie temperatury. Przykładowo popiół wyniosły przy temperaturze gleby 0C pochłania 3 razy mniej wody niż w temperaturze +20... +30°C. Zdolność wchłaniania wody w danej temperaturze zależy od zdolności przystosowawczych roślin do reżimu termicznego gleby w miejscach ich wzrostu. Gatunki o wczesnym początku rozwoju z reguły mogą pobierać wodę przez korzenie w niższej temperaturze niż te rozwijające się później. Rośliny tundrowe i niektóre drzewa rosnące na glebach pokrytych wieczną zmarzliną mogą wchłaniać wodę przy temperaturze gleby wynoszącej 0°C.
Rośliny wyższe mają również dodatkowe drogi przedostawania się wody do organizmu. Mchy, podobnie jak porosty, potrafią chłonąć wodę całą swoją powierzchnią. Szczególnie dużo wody pochłaniają mchy, takie jak kukułka lenowa i torfowiec, czemu sprzyja budowa ich liści i pędów. W pełni nasycone mchy torfowe zawierają w swoim organizmie dziesiątki razy więcej wody niż w stanie suchym na powietrzu. Nasiona pobierają wodę z gleby. Wiele epifitów pochłania wodę z powietrza nasyconego parą wodną w tropikalnym lesie deszczowym, na przykład paproć hymenophilum o cienkich liściach i wiele storczyków z korzeniami powietrznymi. W miseczkowych osłonach liści wielu roślin parasolowych gromadzi się woda, która jest stopniowo wchłaniana przez naskórek. Gatunki z rodzaju Tillandsia (bromeliady) występują na pustyni Atakama niemal wyłącznie dzięki wilgoci mgły i rosy, która jest wchłaniana przez łuskowate włoski na liściach.
Woda dostająca się do rośliny transportowana jest z komórki do komórki (transport krótkiego zasięgu) i wzdłuż ksylemu do wszystkich narządów, gdzie jest zużywana na procesy życiowe (transport na duże odległości). Średnio 0,5% wody wykorzystuje się do fotosyntezy, a reszta służy do uzupełnienia parowania i utrzymania turgoru. Woda paruje ze wszystkich powierzchni, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych, które mają kontakt z powietrzem. Wyróżnia się transpirację szparkową, skórną i perydermalną.
Wilgoć, która odparowała z powierzchni komórek wewnątrz narządów, przechodzi przez aparaty szparkowe. Jest to główny sposób, w jaki roślina wykorzystuje wodę. Transpiracja naskórka odpowiada za mniej niż 10% swobodnego parowania; w wiecznie zielonych drzewach iglastych zmniejsza się do 0,5%, a u kaktusów nawet do 0,05%. Transpiracja kutykularna młodych rozwijających się liści jest stosunkowo wysoka. Transpiracja perydermalna jest zwykle nieistotna. Intensywność transpiracji całkowitej wzrasta wraz ze wzrostem oświetlenia, temperatury, suchości powietrza i wiatru.
Bilans wodny pozostaje zrównoważony, jeśli pobieranie wody, jej przewodzenie i wydalanie są ze sobą harmonijnie skoordynowane. Naruszenia mogą mieć charakter krótkoterminowy lub długoterminowy. Na podstawie adaptacji roślin lądowych do krótkotrwałych wahań warunków zaopatrzenia w wodę i parowania wyróżnia się gatunki poikilohydryczne i homojohydryczne.
U rośliny popkilohydryczne Zawartość wody w tkankach jest zmienna i silnie zależy od stopnia zawilgocenia środowiska. Nie potrafią regulować transpiracji, łatwo i szybko tracą i pochłaniają wodę, wykorzystując wilgoć rosy, mgły, krótkotrwałych opadów deszczu, w stanie suchym znajdują się w stanie zawieszenia ożywienia. Są w stanie żyć tam, gdzie krótkie okresy wilgoci przeplatają się z długimi okresami suchości.
Poikilohydryczność jest charakterystyczna dla niebieskozielonych alg, zielonych alg z rzędu protokoków, niektórych grzybów, porostów, a także szeregu roślin wyższych: wielu mchów, niektórych paproci, a nawet pojedynczych roślin kwiatowych, najwyraźniej które przeszły na poikilohydryczny tryb życia drugi raz. Takim jest na przykład południowoafrykański krzew Myrothamnus flabel-lifolia (rosaceae).
W małych komórkach plechy większości roślin niższych nie ma centralnej wakuoli, dlatego podczas suszenia kurczą się równomiernie bez nieodwracalnych zmian w ultrastrukturze protoplastu. Niebiesko-zielone algi rosnące na powierzchni gleby na pustyni wysychają i zamieniają się w ciemną skorupę. Od rzadkich deszczów ich masa śluzowa pęcznieje, a ciała nitkowate zaczynają wegetować. Mchy rosnące na suchych skałach, pniach drzew lub na powierzchni gleby łąk i stepów (rodzaj Thuidi-um, Tortula itp.) również mogą znacznie wyschnąć, nie tracąc przy tym swojej żywotności.
Ziarna pyłku i zarodki w nasionach roślin są poikihydryczne.
Rośliny homojohydryczne zdolne do utrzymania względnej stałości zawartości wody w tkankach. Należą do nich większość wyższych roślin lądowych. Charakteryzują się dużą centralną wakuolą w komórkach. Dzięki temu komórka zawsze ma zapas wody i nie jest aż tak uzależniona od zmieniających się warunków zewnętrznych. Ponadto pędy pokryte są na powierzchni naskórkiem ze słabo przepuszczalnym dla wody naskórkiem, transpirację reguluje aparat szparkowy, a dobrze rozwinięty system korzeniowy w okresie wegetacyjnym może w sposób ciągły pobierać wilgoć z gleby. Jednakże zdolności roślin homojohydrycznych do regulowania metabolizmu wody są różne. Wśród nich wyróżnia się grupy o różnej ekologii.
Grupy ekologiczne roślin w odniesieniu do wody. Hydatofity- Są to rośliny wodne, które są całkowicie lub prawie całkowicie zanurzone w wodzie. Wśród nich są rośliny kwitnące, które wtórnie przeszły na tryb życia wodnego (elodea, rdestnica, jaskier wodny, vallisneria, urut itp.). Po wyjęciu z wody rośliny te szybko wysychają i giną. Mają zmniejszone szparki i nie mają naskórka.
Blaszki liściowe hydatofitów są zwykle cienkie, bez zróżnicowania mezofilu i często rozcięte, co ułatwia pełniejsze wykorzystanie osłabionego w wodzie światła słonecznego i absorpcję CO2. Często wyraża się różnorodność liści - heterofilia; wiele gatunków ma pływające liście o lekkiej strukturze. Pędy podparte wodą często nie mają tkanek mechanicznych, jest w nich dobrze rozwinięta aerenchyma.
System korzeniowy kwitnących hydatofitów jest znacznie zmniejszony, czasami całkowicie nieobecny lub utracił swoje główne funkcje (w rzęsach). Wchłanianie wody i soli mineralnych następuje na całej powierzchni ciała. Pędy kwiatowe z reguły niosą kwiaty nad wodą (rzadziej zapylanie następuje w wodzie), a po zapyleniu pędy mogą ponownie zanurzyć się, a dojrzewanie owoców następuje pod wodą (vallisneria, elodea, rdestnica itp.).
Hydrofity- są to rośliny lądowo-wodne, częściowo zanurzone w wodzie, rosnące wzdłuż brzegów zbiorników wodnych, w płytkich wodach i na bagnach. Występują na obszarach o różnorodnych warunkach klimatycznych. Należą do nich trzcina pospolita, przepaść babki lancetowatej, koniczyna trójlistna, nagietek bagienny i inne gatunki. Mają lepiej rozwinięte tkanki przewodzące i mechaniczne niż hydatofity. Aerenchyma jest dobrze wyrażona. W suchych regionach o silnym nasłonecznieniu ich liście mają lekką strukturę. Hydrofity mają naskórek ze szparkami, tempo transpiracji jest bardzo wysokie i mogą rosnąć tylko przy stałym, intensywnym wchłanianiu wody.
Higrofity- rośliny lądowe żyjące w warunkach dużej wilgotności powietrza i często na wilgotnych glebach. Wśród nich są cień i światło. Higrofity cieniste to rośliny niższych warstw wilgotnych lasów w różnych strefach klimatycznych (niecierpek, circe alpejskie, oset, wiele ziół tropikalnych itp.). Ze względu na dużą wilgotność powietrza transpiracja może być dla nich utrudniona, dlatego na liściach rozwijają się hydatody, czyli aparaty szparkowe, wydzielające wodę kropelkowo-ciekłą. Liście są często cienkie, o strukturze cienia, ze słabo rozwiniętym łuskiem i zawierają dużo wody wolnej i słabo związanej. Zawartość wody w tkankach sięga 80% lub więcej. Przy nawet krótkiej i łagodnej suszy w tkankach tworzy się ujemny bilans wodny, rośliny więdną i mogą zamierać.
Do higrofitów lekkich zalicza się także gatunki siedlisk otwartych w strefie umiarkowanej, rosnące na glebach stale wilgotnych i w wilgotnym powietrzu (papirus, ryż, twardziel, przytulia, bagno, rosiczka itp.).
Mezofity toleruje krótką i niezbyt dotkliwą suszę. Są to rośliny, które rosną przy średniej wilgotności, umiarkowanie ciepłych warunkach i dość dobrym zaopatrzeniu w składniki mineralne. Mezofity obejmują wiecznie zielone drzewa z wyższych warstw lasów tropikalnych, drzewa liściaste sawann, gatunki drzew wilgotnych wiecznie zielonych lasów subtropikalnych, letnie zielone gatunki liściaste lasów umiarkowanych, krzewy runa leśnego, rośliny zielne dębowych szerokich traw, rośliny zalewowe i nie za bardzo suche łąki wyżynne, efemerydy pustynne i efemerydy, dużo chwastów
i większość roślin uprawnych. Z powyższej listy jasno wynika, że grupa mezofitów jest bardzo rozległa i niejednorodna. Niektóre z nich pod względem zdolności do regulowania metabolizmu wody są zbliżone do higrofitów, inne natomiast są formami odpornymi na suszę.
Kserofity Rosną w miejscach o niedostatecznej wilgotności i posiadają przystosowania, które pozwalają im pozyskiwać wodę w przypadku jej niedoboru, ograniczać parowanie wody lub magazynować ją w czasie suszy. Kserofity lepiej niż wszystkie inne rośliny regulują gospodarkę wodną, dlatego pozostają aktywne podczas długotrwałej suszy. Są to rośliny pustyń, stepów, wiecznie zielonych lasów i krzewów liściastych, wydm i suchych, silnie nagrzanych zboczy.
Kserofity dzielą się na dwa główne typy: sukulenty i sklerofity.
Sukulenty- sukulenty z silnie rozwiniętym miąższem magazynującym wodę w różnych narządach. Sukulenty łodygowe - kaktusy, ślimaki, euforbie kaktusopodobne; sukulenty liściaste - aloes, agawy, mesembryanthemum, młode osobniki, rozchodniki; sukulenty korzeniowe - szparagi, szczaw. Na pustyniach Ameryki Środkowej i Republiki Południowej Afryki sukulenty mogą definiować krajobraz.
Liście, a w przypadku ich redukcji także łodygi sukulentów, mają grubą skórkę, często pokrytą grubą woskową powłoką lub gęstym pokwitaniem. Szparki są zanurzone i otwierają się w szczelinę, w której zatrzymywana jest para wodna. W ciągu dnia są zamknięte. Pomaga to sukulentom zachować nagromadzoną wilgoć, ale pogarsza wymianę gazową i utrudnia przedostawanie się CO2 do rośliny. Dlatego wiele sukulentów z rodzin Liliaceae, Bromeliads, Cactaceae i Crassulaceae absorbuje w nocy CO2 za pomocą otwartych aparatów szparkowych, który jest przetwarzany dopiero następnego dnia w procesie fotosyntezy. Zaabsorbowany CO2 przekształca się w jabłczan. Ponadto podczas oddychania w nocy węglowodany rozkładają się nie na dwutlenek węgla, ale na kwasy organiczne, które są uwalniane do soku komórkowego. W ciągu dnia, pod wpływem światła, jabłczan i inne kwasy organiczne ulegają rozkładowi z wydzieleniem CO2, który wykorzystywany jest w procesie fotosyntezy. Zatem duże wakuole z sokiem komórkowym magazynują nie tylko wodę, ale także CO2. Ponieważ u sukulentów nocne wiązanie dwutlenku węgla i jego przetwarzanie w ciągu dnia podczas fotosyntezy są rozdzielone w czasie, dostarczają one sobie węgla bez ryzyka nadmiernej utraty wody, jednak skala poboru dwutlenku węgla tą metodą jest niewielka i sukulenty rosnąć powoli.
Ciśnienie osmotyczne soku komórkowego sukulentów jest niskie - tylko 3-105-8-105 Pa (3-8 atm), wytwarzają one niewielką siłę ssania i są w stanie absorbować wodę jedynie z opadów atmosferycznych z górnych poziomów gleby. Ich system korzeniowy jest płytki, ale szeroko rozprzestrzeniony, co jest szczególnie charakterystyczne dla kaktusów.
Sklerofity - Wręcz przeciwnie, rośliny te mają wygląd suchy, często o wąskich i małych liściach, czasami zwiniętych w tubę. Liście można również wycinać, pokrywać włoskami lub woskowym nalotem. Sclerenchyma jest dobrze rozwinięta, więc rośliny mogą stracić nawet 25% wilgoci bez więdnięcia bez szkodliwych konsekwencji. W komórkach dominuje woda związana. Siła ssania korzeni sięga kilkudziesięciu atmosfer, co pozwala skutecznie wydobywać wodę z gleby. Przy braku wody transpiracja jest znacznie zmniejszona. Sklerofity można podzielić na dwie grupy: eukserofity i stypakserofity.
DO eukserofity Do roślin stepowych zalicza się rozety i półrozella, silnie owłosione pędy, półkrzewy, niektóre trawy, piołun zimny, szarotka alpejska itp. Rośliny te tworzą największą biomasę w okresie sprzyjającym wegetacji, a w upale poziom przemian metabolicznych procesów w nich jest bardzo niska
Stypakserofity to grupa traw darniowych wąskolistnych (trawa pierzasta, trawa cienkościenna, kostrzewa itp.). Charakteryzują się niską transpiracją w okresach suchych i tolerują szczególnie silne odwodnienie tkanek. Liście zwinięte w tubę posiadają w środku wilgotną komorę. Transpiracja odbywa się poprzez szparki osadzone w rowkach prowadzących do tej komory, co ogranicza utratę wilgoci.
Oprócz wymienionych grup ekologicznych roślin wyróżnia się także szereg typów mieszanych lub pośrednich.
Różne sposoby regulacji wymiany wody pozwoliły roślinom zasiedlić obszary lądowe o różnych warunkach ekologicznych. Różnorodność adaptacji leży zatem u podstaw rozprzestrzeniania się roślin na powierzchni ziemi, gdzie niedobór wilgoci jest jednym z głównych problemów adaptacji środowiskowej.
Woda równowaga zwierząt lądowych. Zwierzęta otrzymują wodę na trzy główne sposoby: poprzez picie, wraz z soczystym pokarmem oraz w wyniku metabolizmu, czyli poprzez utlenianie i rozkład tłuszczów, białek i węglowodanów.
Niektóre zwierzęta mogą pobierać wodę przez osłony z wilgotnego podłoża lub powietrza, na przykład larwy niektórych owadów - mączników, chrząszczy klikowych itp.
Utrata wody u zwierząt następuje poprzez parowanie z powłok lub błon śluzowych dróg oddechowych, poprzez usuwanie z organizmu moczu i niestrawionych resztek pokarmu.
Chociaż zwierzęta są w stanie wytrzymać krótkotrwałe straty wody, to na ogół jej spożycie musi być rekompensowane dochodem. Utrata wody prowadzi do śmierci szybciej niż z głodu.
Gatunki, które pozyskują wodę głównie poprzez picie, są w dużym stopniu zależne od dostępności wodopojów. Dotyczy to szczególnie dużych ssaków. Na suchych, jałowych obszarach zwierzęta te czasami dokonują znacznych migracji do zbiorników wodnych i nie mogą przebywać zbyt daleko od nich. Na afrykańskich sawannach słonie, antylopy, lwy i hieny regularnie odwiedzają wodopoje. Dla kułanów rezerwatu przyrody Badkhyz wodopoje decydują o letnim rozmieszczeniu stad, codziennym rytmie i zachowaniu zwierząt.
Wiele ptaków również potrzebuje wody pitnej. Jaskółki i jerzyki piją w locie, muskając powierzchnię zbiornika. Piaskownice na pustyniach codziennie wykonują wielokilometrowe loty do wodopojów i przynoszą wodę swoim pisklętom. Samce cietrzewiaków stosują unikalną metodę przenoszenia wody - nasycają ją upierzenie na piersi, a pisklęta dziobami wyciskają spuchnięte pióra.
Jednocześnie wiele zwierząt może obejść się bez picia wody, pozyskując wilgoć w inny sposób.
Wilgotność powietrza jest również bardzo ważna dla zwierząt, ponieważ od niej zależy ilość parowania z powierzchni ciała. O utracie wody na skutek parowania decyduje także budowa pokryw. Niektóre gatunki nie mogą żyć w suchym powietrzu i muszą być całkowicie nasycone parą wodną. Inni zamieszkują najbardziej suche obszary bez szkody.
Wśród wielu grup zwierząt możemy wyróżnić higrofile I kserofile, tj. gatunki kochające wilgoć i kochające suchość. Grupa pośrednia składa się z mezofile. Wśród owadów na przykład komary wysysające krew są higrofilne, które są aktywne głównie w godzinach wieczornych i porannych oraz w ciągu dnia - albo przy pochmurnej pogodzie, albo tylko w cieniu, pod okapem lasu, tj. przy wysokim powietrzu wilgotność. Kserofilne chrząszcze skaczące, chrząszcze pustynne, szarańcza pustynna itp.
Metody regulacji bilansu wodnego u zwierząt są bardziej zróżnicowane niż u roślin. Można je podzielić na behawioralne, morfologiczne i fizjologiczne.
Przystosowania behawioralne obejmują poszukiwanie wodopojów, wybieranie siedlisk, kopanie nor itp. W norach wilgotność powietrza zbliża się do 100%, nawet gdy powierzchnia jest bardzo sucha. Zmniejsza to potrzebę parowania przez powłokę i oszczędza wilgoć w organizmie.
Skuteczność adaptacji behawioralnych zapewniających równowagę wodną można zobaczyć na przykładzie gąsienicy pustynnej. Woodlice to typowe skorupiaki, które nie różnią się specjalnymi adaptacjami anatomicznymi i morfologicznymi do lądowego trybu życia. Niemniej jednak przedstawiciele rodzaju Hemilepistus opanowali najsuchsze i najgorętsze miejsca na Ziemi - pustynie gliniaste. Tam kopią głębokie pionowe nory, gdzie zawsze jest wilgotno, i opuszczają je, wychodząc na powierzchnię, tylko w tych porach dnia, gdy wilgotność przyziemnej warstwy powietrza jest wysoka. W przypadku szczególnie silnego przesuszenia gleby i groźby spadku wilgotności powietrza w norze samice zamykają otwór mocno zesklerotyzowanymi przednimi odcinkami ciała, tworząc zamkniętą przestrzeń nasyconą parami i chroniącą młode przed wysychaniem .
Morfologiczne metody utrzymania prawidłowego bilansu wodnego obejmują formacje przyczyniające się do zatrzymywania wody w organizmie: muszle ślimaków lądowych, zrogowaciałe
schronienia gadów, rozwój naskórka u owadów itp. U chrząszczy pustynnych elity zrastają się i rosną do ciała, druga para skrzydeł ulega redukcji i pomiędzy ciałem a elytrą tworzy się komora, w którą wyłaniają się przetchlinki owada. Komora ta otwiera się na zewnątrz jedynie małą, wąską szczeliną, powietrze w niej jest nasycone parą wodną. Części ciała mające kontakt ze środowiskiem zewnętrznym chronione są przez naskórek, nieprzepuszczający wody.
Fizjologiczne przystosowania do regulacji odwodnienia wody to zdolność do tworzenia wilgoci metabolicznej, oszczędzania wody podczas wydalania moczu i kału, wykształcanie tolerancji na odwodnienie, ilość pocenia się i uwalnianie wody z błon śluzowych.
Tolerancja na odwodnienie jest na ogół większa u zwierząt narażonych na przeciążenie termiczne. Dla człowieka utrata wody powyżej 10% masy ciała jest śmiertelna. Wielbłądy tolerują utratę wody do 27%, owce do 23%, psy do 17%.
Oszczędzanie wody w przewodzie pokarmowym odbywa się poprzez wchłanianie wody z jelit i wytwarzanie suchego kału. Zawartość wody w odchodach zwierząt różni się w zależności od składu paszy, ale ogólnie odzwierciedla zdolność przystosowania się do życia w różnych warunkach wilgotności. Przykładowo na 100 g suchych odchodów krów wypasanych na pastwisku przypada 566 g wody, podczas gdy wielbłądy 109 g, a przy diecie bezwodnej zaledwie 76 g.
U owadów żyjących w suchych regionach narządy wydalnicze - naczynia malpighowskie - swoimi wolnymi końcami stykają się ściśle ze ścianą jelita grubego i wchłaniają wodę z jego zawartości. W ten sposób woda ponownie wraca do organizmu (chrząszcze pustynne, mrówki, larwy biedronki itp.).
Aby zaoszczędzić wodę wydalaną przez nerki, konieczna jest restrukturyzacja metabolizmu azotu. W wyniku rozkładu białek w większości organizmów wodnych powstaje amoniak, który jest toksyczny dla cytoplazmy nawet w niskich stężeniach. Proces jego powstawania i usuwania wymaga dużej ilości wody. U zwierząt lądowych amoniak występuje wśród produktów przemiany materii tylko w tych formach, które żyją w warunkach wystarczającego zaopatrzenia w wodę, na przykład u mszyc, które stale żywią się sokiem roślinnym. Głównym składnikiem moczu wydalanego przez ssaki lądowe jest mocznik. Jest to mniej toksyczny produkt metabolizmu, który może gromadzić się w osoczu i płynach jamy ustnej i być wydalany w bardziej stężonych roztworach, co oszczędza wodę. Różne sole są również wydalane z moczem. Całkowite stężenie moczu w stosunku do osocza może być wskaźnikiem zdolności do oszczędzania wody podczas wydalania. U ludzi mocz jest 4,2 razy bardziej stężony niż osocze, u owiec - 7,6 razy, u wielbłądów - 8 razy, u skoczków - 14 razy.
Łuskowate gady i żółwie lądowe – grupy, które opanowały najbardziej suche obszary – wydzielają słabo rozpuszczalny kwas moczowy. Jest to również typowe dla ptaków i wyższych owadów. Pajęczaki wydzielają guaninę. Do tworzenia guaniny i kwasu moczowego potrzebna jest minimalna ilość wody.
Nie wszystkie zwierzęta żyją z wilgoci metabolicznej. Utlenianie tłuszczów wymaga dużej ilości tlenu, a dodatkowej wentylacji płuc suchym powietrzem towarzyszy utrata pary wodnej. Tłuszcz w garbach wielbłądów nie jest ich głównym źródłem zaopatrzenia w wodę, ponieważ zużycie wody w celu wzmożonego oddychania podczas termoregulacji jest równe lub nawet przekracza ilość otrzymanej wody metabolicznej. Dlatego wielbłądy potrzebują okresowego picia.
Małe ssaki, które uciekają przed upałem w chłodnych norach, mogą pokryć znaczną część swoich wydatków w wyniku procesów oksydacyjnych, ponieważ nie wymagają dodatkowej wody do termoregulacji. Gatunki pustynne, takie jak wiele jerbo, kangur amerykański, myszoskoczek afrykański itp. żywią się prawie wyłącznie suchą karmą.Szczury kangury trzymano w laboratorium na suchym jęczmieniu perłowym. Jednocześnie ze 100 g pokarmu spożywanego przez zwierzę miesięcznie powstaje około 54 g wody. Oprócz tego zwierzęta wykorzystywały jedynie wilgoć pochłoniętą przez zboże, której zawartość w zależności od wilgotności powietrza wahała się od 10 do 18%.
Woda metaboliczna może być w większym stopniu wykorzystywana przez owady niż przez kręgowce, gdyż układ tchawiczy owadów zapewnia skuteczny drenaż powietrza przy niskich stratach parowania. U wielu gatunków tkanka tłuszczowa służy przede wszystkim jako źródło wody, a nie jako źródło energii. Gąsienice moli odzieżowych, młyńskich, ryjkowców spichlerzowych i ryżowych oraz wielu innych odżywiają się wyłącznie suchą karmą.
Parowanie, związane z koniecznością termoregulacji, może powodować wyczerpywanie się zasobów wodnych organizmu. Na pustyniach tylko duże zwierzęta są w stanie oprzeć się przegrzaniu poprzez odparowanie wody. Całkowite obciążenie termiczne jest proporcjonalne do względnej powierzchni i dlatego jest szczególnie wysokie w przypadku małych form. Dla zwierzęcia o masie 100 g spożycie wody na godzinę wyniosłoby około 15% masy ciała, a dla zwierzęcia o masie 10 g około 30%, czyli w ciągu kilku godzin cała woda z organizmu zostałaby zużyta. Dlatego małe zwierzęta homeotermiczne w klimacie suchym i gorącym unikają narażenia na ciepło i oszczędzają wilgoć, chowając się pod ziemią.
W poikilotermach wzrost temperatury ciała w następstwie ogrzania powietrza pozwala uniknąć niepotrzebnych strat wody, która w homeotermach jest zużywana na utrzymanie stałej temperatury.
Zwierzęta dobrze regulujące temperaturę, wyspecjalizowane do życia na pustyni, również wykorzystują wahania temperatury ciała. Na przykład wielbłądy potrafią na pewien czas wyłączyć parowanie termoregulacyjne. Latem temperatura ciała wielbłąda waha się w ciągu dnia w granicach 5-6°C. Rano jest +34… + 35°С. Wraz z nadejściem dziennych upałów ciepło pochodzące z zewnątrz zostaje wykorzystane do ogrzania organizmu do temperatury +40,7°C, czyli niemal do granicy wytrzymałości. W tym przypadku zwierzę ważące 500 kg gromadzi około 10 500 kJ, co do rozproszenia wymagałoby 5 litrów wody. Zgromadzone ciepło jest usuwane z organizmu w nocy poprzez bezpośrednie promieniowanie, gdy powietrze staje się chłodniejsze od ciała.
Zwierzęta poikilotermiczne nie mogą jednak uniknąć utraty wody w wyniku parowania. Nawet u gadów, których naskórek jest zrogowaciały, utrata wody przez skórę jest znaczna. U małych jaszczurek mogą osiągnąć 20% lub więcej masy ciała dziennie. Dlatego w przypadku zwierząt poikilotermicznych głównym sposobem utrzymania równowagi wodnej podczas życia na pustyni jest unikanie nadmiernych obciążeń cieplnych.
Wykład nr 6. Adaptacje organizmów
W wyniku doboru naturalnego zachowują się osobniki posiadające przydatne dla nich cechy. Cechy te decydują o zdolnościach adaptacyjnych organizmów do warunków, w jakich żyją. O przystosowaniu organizmów do środowiska świadczy wiele różnych przykładów.
Kolorystyka ochronna rozwinęły się u gatunków żyjących na otwartej przestrzeni i mogących być dostępnych dla wrogów. Dzięki temu zabarwieniu organizmy są mniej zauważalne na tle otoczenia. Ptaki wysiadujące jaja na ziemi wtapiają się w otoczenie. Na przykład kuropatwa tundrowa jest stale narażona na ryzyko związane z takim stylem życia. Linienie daje jej możliwość zmiany koloru, co w efekcie współgra ze zmianami w otaczającej przyrodzie. Czerwonawo-brązowe upierzenie stopniowo staje się białe wraz z nadejściem mrozu, a ptak staje się praktycznie nie do odróżnienia od pokrywy śnieżnej. Kiedy wiosną topnieje śnieg, kuropatwy topią się ponownie i dzięki nowemu upierzeniu łączą się z odkrytą w rozmrożonych miejscach glebą. Samce z reguły linieją później niż samice - ich biały strój przyciąga wzrok drapieżników i odwraca ich uwagę od wysiadującej samicy.
Na Dalekiej Północy wiele zwierząt jest pomalowanych na biało: niedźwiedź polarny, sowa polarna, lis polarny, zając, młode foki. Gąsienice motyli są często zielone w kolorze liści lub ciemne w kolorze kory lub ziemi. Ryby denne zazwyczaj barwione są w kolorze piaszczystego dna (flądra, płaszczki). Jednocześnie flądra nadal może zmieniać kolor w zależności od koloru otaczającego tła. Zdolność do zmiany koloru poprzez redystrybucję pigmentu w powłoce ciała znana jest również u zwierząt lądowych. Na przykład kameleon. To siedzące zwierzę siedzi przez cały dzień na gałęzi wysokiego drzewa lub krzaka. Chwytające, przypominające szczypce łapy mocno chwytają gałęzie drzew, a czubek długiego i muskularnego ogona, owinięty wokół gałęzi, pomaga utrzymać ciało na drzewie. Zauważywszy latającego owada, którego oczy obracają się w różnych kierunkach, kameleon wypuszcza długi język ze zgrubieniem na końcu. Owad przykleja się do pokrytego śluzem języka, a kameleon szybko wciąga go do pyska i zjada ofiarę. Kameleony nie są chronione ani przez zbroję, ani przez truciznę. Nie mogą uciec, zakopując się w ziemi lub uciekając. Są jadalne i mają wielu wrogów. Ptaki drapieżne, zwierzęta, bociany, czaple, węże, ludzie polują na te nieszkodliwe jaszczurki. A ich jedynym ratunkiem jest zgubienie się wśród gałęzi i liści. Kiedy zwierzę jest spokojne, ma żółtawy kolor z czerwonawymi paskami po bokach; Podrażniona skóra kameleona staje się zielonkawa, a paski białawe. U niektórych zwierząt występuje jasny wzór – naprzemienność jasnych i ciemnych pasków i plam: ubarwienie zebry, tygrysa, żyrafy, lamparta itp. To rozczłonkowane ubarwienie zdaje się imitować naprzemienność plam światła i cienia i tworzy wrażenie pewna nieostrość. To zabarwienie będzie również ochronne.
U zwierząt kształt ciała jest adaptacyjny. Wygląd delfina ssaka wodnego jest dobrze znany. Jego ruchy są lekkie i precyzyjne, a prędkość w wodzie sięga 40 km/h. Gęstość wody jest 800 razy większa niż gęstość powietrza. Jak delfinowi udaje się to pokonać? Opływowy kształt ciała w kształcie torpedy i brak uszu pomagają uniknąć turbulencji w przepływie wody wokół delfina i zmniejszają tarcie. Wiele zwierząt wodnych ma podobny kształt ciała: rekiny, wieloryby, foki. Opływowy kształt korpusu ułatwia szybkie poruszanie się zwierząt w powietrzu. Lotki i pióra konturowe pokrywające ciało ptaka całkowicie wygładzają jego kształt. Ptaki nie mają odstających uszu, w locie zwykle chowają nogi. W rezultacie ptaki są znacznie szybsze niż wszystkie inne zwierzęta. Ptaki poruszają się szybko nawet w wodzie. Zaobserwowano pingwina arktycznego pływającego pod wodą z prędkością 35 km/h
U zwierząt prowadzących ukryty, czający się tryb życia przydatne są adaptacje, które nadają im podobieństwo do obiektów w otoczeniu - przebranie. Na przykład gąsienice motyli ćmy przypominają gałązki kształtem i kolorem. Patyczaki przypominają małe brązowe lub zielone gałązki, niektóre motyle przypominają suche liście, a pająki imitują ciernie. Wielcy mistrzowie kamuflażu w dużej mierze zawdzięczają swój sukces zdolności do zamrożenia, gdy mają zostać zaatakowani lub gdy przygotowują się do schwytania ofiary. Wśród zwierząt szczególnie różnorodni są ci, którzy w taki czy inny sposób naśladują kwiaty. Na przykład modliszki kwiatowe są tak podobne do tej czy innej części rośliny, że inne owady, zwiedzione podobieństwem, spadają prosto na nie i wpadają w ramiona drapieżnika
Jednak często u zwierząt występuje kolor ciała, który nie ukrywa, ale wręcz przeciwnie, przyciąga uwagę i demaskuje. Ta forma urządzenia nazywa się malowaniem ostrzegawczym. Charakterystyczne dla większości zwierząt jest to, że żądlą, wydzielają toksyczne substancje, mają obrzydliwy zapach lub obrzydliwy smak. Podobnie jak światła stopu, te wzory i kombinacje kolorów powinny być łatwo rozpoznawalne przez zwierzęta. Mają na myśli: „Niebezpieczeństwo!”, „Nie zbliżaj się!”, „Lepiej ze mną nie zadzierać!” Biedronka, która jest bardzo widoczna, nigdy nie jest dziobana przez ptaki ze względu na trującą wydzielinę wydzielaną przez owada. Niejadalne gąsienice i wiele jadowitych węży ma jasne kolory ostrzegawcze. Wśród płazów są prawdziwi dandysi. Są spektakularnie ubarwione, często powolne, prowadzą dzienny tryb życia i nawet nie próbują ukrywać się przed drapieżnikami, w przeciwieństwie do swoich liczniejszych, zakamuflowanych krewnych, którzy wyruszają na poszukiwanie pożywienia nocą, kiedy są mniej zauważalne. Najbardziej wyjątkowymi dandysami płazów są być może żaby dart, mieszkańcy Ameryki Środkowej i Południowej. Ich gruczoły skórne wytwarzają silne, paraliżujące trucizny, dzięki czemu drapieżnik, który spróbuje ugryźć taką żabę i przeżyje, kojarzy nieprzyjemne chwile, których przeżył, z jej jaskrawymi kolorami i w przyszłości pilnie unika innych podobnych. Spośród około stu tysięcy gatunków tworzących rząd Lepidoptera, czyli motyli, niedźwiedzie należą nie tylko do najbardziej znanych, ale także najpiękniejszych. Posiada wyjątkowo efektowne ubarwienie ostrzegawcze – pomarańczowo-czarne i żółto-czarne z wzorami kropek i pasków. Niedźwiedzica jest bardzo ładna, ale trująca. Specjalne gruczoły wytwarzają silne toksyny, które dostają się do krwiobiegu motyla. Inne gruczoły zawierają ciecz o nieprzyjemnym, ostrzegawczym zapachu. Tropikalne wody przybrzeżne Australii, Nowej Gwinei, Indonezji i Filipin zamieszkuje mała (do 20 cm długości łącznie z mackami) ośmiornica niebieskopierścieniowa. Jasnopomarańczowe, okrągłe plamy otoczone są charakterystycznymi niebieskimi pierścieniami. Podobnie jak wszyscy członkowie tego rodzaju, ośmiornica niebieskoobrączkowa ma niesamowitą zdolność regeneracji, a po utracie jednej lub więcej z ośmiu macek w bitwie może szybko wyhodować nowe. Choć ta ośmiornica jest piękna, jest również trująca. Ślina zwierzęcia zawiera silną neurotoksynę. Ukąszenie ośmiornicy niebieskoobrączkowanej jest śmiertelne. Trucizna niemal natychmiast paraliżuje układ nerwowy każdej żywej istoty i nie ma na nią antidotum.
Skuteczność ubarwienia ostrzegawczego była przyczyną bardzo ciekawego zjawiska – imitacji, czyli mimikry. Mimikra to imitacja mniej chronionego organizmu jednego gatunku przez bardziej chroniony organizm innego gatunku. Imitacja ta może objawiać się kształtem ciała, kolorystyką itp. Pokryta ostrzegawczymi paskami, ale całkowicie nieszkodliwa, bzyg wyciąga nektar z kwiatu, podobnie jak pszczoły miodne, które mają potężne żądło. Mimikra bzygowatego nie ogranicza się do ubarwienia, ale obejmuje również zachowanie. Bzygowate naśladują dźwięki wydawane przez pszczoły i osy, a gdy zostaną zaniepokojone, brzęczą groźnie. Wszystko to razem gwarantuje odporność bzygowa. Piękny motyl Danaid swoją niejadalność zawdzięcza temu, że jego gąsienice żywią się liśćmi trującej sałaty, niebezpiecznej dla zwierząt gospodarskich i innych kręgowców. Skrzydlate drapieżniki szybko nauczyły się nie dotykać Danaidów, a jednocześnie ich naśladowczyni, jedna z nimfalid – tylko trochę bez smaku. Szklany motyl jest zaskakująco podobny do osy. Jego skrzydła są całkowicie przezroczyste, ponieważ nie ma łusek pokrywających skrzydła motyli. Podczas lotu brzęczy jak osa i leci równie szybko i niespokojnie jak one. Wąż imituje kolor żmii, zdradzają go jedynie żółte plamy na jego głowie. Jadowite węże koralowe zyskały wielu naśladowców. Na przykład wąż królewski z Arizony, który nie jest trujący
Dla przetrwania organizmów w walce o byt ma to ogromne znaczenie zachowanie adaptacyjne. W chwilach zagrożenia zmienia się zachowanie zwierząt: gęsi wyciągają szyje i zaczynają syczeć; koty wyginają grzbiet, spłaszczają uszy i podnoszą futro; psy obnażają zęby; ropuchy prostują nogi, aby wydawać się wyższe i odstraszają wroga; Skunks najpierw tupie przednimi łapami, a następnie unosi ogon niczym flagę sygnałową, odsłaniając gruczoły odbytu, z których w razie potrzeby wytryśnie strumień śmierdzącej cieczy. Zaatakowany przez wroga Bombardier Beetle wystrzeliwuje w stronę wroga trującą ciecz, powodując oparzenia. Dodatkowo ciecz tworzy chmurę niebieskiej pary, która służy jako zasłona dymna zasłaniająca chrząszcza. Wiele zwierząt, aby odstraszyć lub zmylić napastnika, nagle pokazuje mu jasne plamy i wzory. Plamy perłowe - wzory koncentrycznych okręgów, które ma wiele owadów - dezorientują drapieżnika, a ofierze udaje się uciec. Ptakom polującym na motyle fałszywe oczy mogą przypominać oczy sowy lub kota. Robią to na przykład motyl Caligo i motyl Saturnia. A gąsienica harpia, gdy zbliża się niebezpieczeństwo, wciąga głowę w ciało, które puchnie, tworząc drapieżne „usta” rozdziawione pod jej fałszywymi oczami. Oprócz straszenia istnieje wiele innych zachowań adaptacyjnych. Obejmuje to przechowywanie żywności na niesprzyjającą porę roku. Zanim zaczniesz zapełniać spiżarnię zapasami, wiewiórka ją porządkuje. Wyrzuca resztki starych, spleśniałych bulionów, dno wyścieła suchymi liśćmi, a potem do spiżarni ciągnie orzechy laskowe, nasiona, grzyby i inne jedzenie; czasami jego „skarb” waży 8 kg. Każdy produkt jest układany na osobnym stosie i starannie sortowany. Myszy, wiewiórki, sójki, a nawet drapieżniki przechowują żywność na zimę. Niektóre zwierzęta, takie jak niedźwiedź, jeż, borsuk, susł, zapadają w stan hibernacji, gdy doświadczają niesprzyjających czasów. U tych zwierząt rezerwy składników odżywczych odkładają się w organizmie. Wraz z nadejściem chłodów niedźwiedź, bardzo otyły i porośnięty gęstą i długą sierścią, szuka niezawodnego schronienia w odległych zakątkach lasu wśród gęstych opadów, zaczepów i pniaków, gdzie tworzy dla siebie jaskinię, wyściela ją suchymi liśćmi i mech i idzie spać. Śnieg stopniowo pokrywa jaskinię i wygląda jak duża zaspa. Niedźwiedź śpi w norze aż do wiosny, powoli zużywając zapasy jesiennego tłuszczu, a temperatura jego ciała spada do 30 stopni.
Szczególnie ważne są adaptacje, które chronią potomstwo przed wrogami. Opieka nad potomstwem może objawiać się w różnych formach. Wiele ryb strzeże swoich jaj, aktywnie odpędzając wrogów lub nosi je w pyskach. Samiec ciernika buduje gniazdo z wyjściem i wejściem, zaopatrując jaja w tlen. Istnieją gatunki żab, których jaja rozwijają się w specjalnym worku lęgowym. Ptaki budują gniazda i wysiadują jaja, a pisklęta są karmione i chronione przez długi czas. Opieka nad potomstwem u ssaków osiąga najwyższy stopień rozwoju. Zwierzęta nie tylko karmią swoje potomstwo, ale także uczą je, jak łapać zdobycz.
Odpowiedni kształt i kolorystyka ciała, odpowiednie zachowanie zapewniają sukces w walce o byt tylko wtedy, gdy te cechy zostaną połączone z możliwością dostosowania procesów życiowych do warunków życia, tj. adaptacje fizjologiczne. Bez takich adaptacji niemożliwe jest utrzymanie stabilnego metabolizmu w organizmie w stale zmieniających się warunkach środowiskowych. Wiele zwierząt pustynnych gromadzi dużo tłuszczu przed nadejściem pory suchej: podczas utleniania powstaje duża ilość wody. Ponadto wielbłąd pozbawiony wody znacznie ogranicza parowanie, zarówno z dróg oddechowych, jak i przez gruczoły potowe. Wiele nurkujących zwierząt może przetrwać stosunkowo długi czas bez dostępu do tlenu. Np. foki nurkują na głębokość 100-200, a nawet 600 m i przebywają pod wodą 40-60 minut. Co pozwala płetwonogim nurkować przez tak długi czas? Przede wszystkim jest to duża ilość specjalnego pigmentu znajdującego się w mięśniach – mioglobiny. Mioglobina jest w stanie wiązać tlen 10 razy bardziej niż hemoglobina. Nocne drapieżniki, sowy, mają doskonały wzrok w warunkach słabego oświetlenia. Nietoperze doskonale nawigują w przestrzeni kosmicznej za pomocą echolokacji.
Ale nie tylko zwierzęta przystosowują się do warunków środowiskowych. Rośliny mają również różne adaptacje. U kaktusów liście zmieniły się w kolce, aby ograniczyć parowanie, a łodyga stała się mięsista, aby magazynować wilgoć. Lilie wodne wykształciły adaptacje do wysokiej wilgotności: dużą powierzchnię liści, wiele aparatów szparkowych i zwiększone tempo parowania. Niski wzrost, drobne liście, powierzchowne umiejscowienie korzeni drzew i krzewów, bardzo szybki rozwój roślinności wiosną i latem – wszystko to wpływa na zdolność przystosowania się do życia w tundrze. Rośliny przystosowały się do zapylania na różne sposoby. Rośliny zapylane przez owady mają jasne kwiaty zawierające nektar i zapach przyciągający owady. Kwiaty orchidei są podobne do motyli i przyciągają osobniki płci przeciwnej. Rośliny zapylane przez wiatr mają drobny, lekki pyłek, słupek jest mocno owłosiony, długie pręciki, płatki i działki działkowe nie są rozwinięte: nie przeszkadzają one wiatrowi wiejącemu kwiat. Nasiona wielu roślin posiadają haczyki, skrzydełka i spadochrony, które ułatwiają ich rozprzestrzenianie. Rośliny żyjące w warunkach braku składników mineralnych przystosowały się do łapania i trawienia owadów. U rosiczki liście zamieniły się w urządzenia pułapkowe z lepkimi włoskami gruczołowymi, a u nepenthes w dzbany z sokiem trawiennym.
Odkryliśmy więc, że pojęcie „przystosowalności gatunku” obejmuje nie tylko znaki zewnętrzne, ale także zgodność struktury narządów wewnętrznych z pełnionymi przez nie funkcjami, a także zgodność funkcji fizjologicznych organizmu do warunków życia.
Jak powstają tak doskonałe adaptacje? Klucz do rozwiązania leży w złożonym procesie doboru naturalnego. Na przykład odległy przodek modliszki, obecnie prawie nie do odróżnienia od suchego liścia, urodził się z losowym zestawem genów, które nadawały mu nieco większe podobieństwo do suchego liścia. Dlatego ptakom nieco trudniej było wykryć tę modliszkę wśród suchych liści, w wyniku czego ona i podobne osobniki przeżyły w większej liczbie. W rezultacie pozostawili więcej potomstwa. A znak „suchego liścia” stawał się coraz bardziej wyraźny i powszechny. Wszelkie objawy powstają w wyniku mutacji. Może wystąpić jedna duża mutacja lub może wystąpić ogromna liczba małych, co zdarza się znacznie częściej. Te, które zwiększają witalność, przekazywane są kolejnym pokoleniom, utrwalają się i stają się adaptacjami. Każda adaptacja powstaje w oparciu o dziedziczną zmienność procesu walki o byt i selekcji na przestrzeni kilku pokoleń.
Należy jednak o tym pamiętać wszystkie adaptacje są względne, tj. pomagają organizmowi przetrwać tylko w tych specyficznych warunkach. Jeśli te warunki ulegną zmianie, adaptacja może stać się bezużyteczna, a nawet szkodliwa. W jasny, słoneczny zimowy dzień biała kuropatwa ukazuje się jako cień na śniegu. Na tle pni drzew widać białego zająca. Jerzyk nie może wystartować z płaskiej powierzchni, ponieważ ma długie skrzydła i bardzo krótkie nogi. Startuje jedynie odpychając się od jakiejś krawędzi, jak od trampoliny. Skorupa żółwi lądowych chroni je przed wrogami, ale ptaki drapieżne unoszą je w powietrze i rozbijają o ziemię. Stały wzrost siekaczy gryzoni jest bardzo ważną cechą, ale tylko przy żywieniu pokarmem stałym. Jeśli szczur jest trzymany na miękkim jedzeniu, siekacze, nie zużywając się, rosną do takich rozmiarów, że karmienie staje się niemożliwe.
Jakie wnioski można wyciągnąć z powyższego?
Ogólna zdolność przystosowania się organizmów do warunków środowiskowych składa się z wielu indywidualnych adaptacji o bardzo różnej skali.
Wszelkie adaptacje powstają w trakcie ewolucji w wyniku doboru naturalnego.
Każda adaptacja jest względna.
Zatem przystosowanie to względna wykonalność struktury i funkcji organizmu, która jest wynikiem doboru naturalnego.
Badanie
Dopasuj podane przykłady urządzeń do ich charakteru i prześlij odpowiedź
Kolorowanka żyrafa
Kolorowanie trzmiela
Kształt ciała owada
Kolorystyka Biedronki
Jasne plamy na gąsienicach
Struktura kwiatu orchidei
Wygląd bzygowatego
Forma modliszki kwiatowej
Zachowanie chrząszcza Bombardiera