Adaptări morfologice. Adaptări morfologice – adaptări ale animalelor la factorii de mediu
Această observație este interesantă. La animalele din populațiile nordice, toate părțile alungite ale corpului - membre, coadă, urechi - sunt acoperite strat dens lână și arată relativ mai scurtă decât cea a reprezentanților aceleiași specii, dar care trăiesc în climat cald.
Acest model, cunoscut sub numele de regula lui Allen, se aplică atât animalelor sălbatice, cât și domestice.
Există o diferență notabilă în structura corpului vulpei nordice și vulpei fennec în sud, iar mistrețul nordic și mistrețul în Caucaz. Câini domestici mestiți în Regiunea Krasnodar, mare bovine selecția locală se disting prin greutatea în viu mai mică în comparație cu reprezentanții acestor specii, de exemplu, Arkhangelsk.
Adesea animalele din populațiile sudice au picioare lungi și urechi lungi. Urechi mari, inacceptabil în condiții de temperatură scăzută, a apărut ca o adaptare la viața într-o zonă fierbinte.
Și animalele de la tropice au pur și simplu urechi imense(elefanți, iepuri, ungulate). Urechile sunt orientative elefant african, a cărei zonă este 1/6 din suprafața întregului corp al animalului. Au inervație și vascularizare abundentă. ÎN vreme caldă La un elefant, aproximativ 1/3 din tot sângele circulant trece prin sistemul circulator al cochiliilor urechilor. Ca urmare a creșterii fluxului sanguin în Mediul extern excesul de căldură este eliberat.
Iepurele de deșert Lapus alleni este și mai impresionant prin adaptarea sa la temperaturi ridicate. La această rozătoare, 25% din suprafața totală a corpului este acoperită de urechi goale. Nu este clar care este sarcina biologică principală a unor astfel de urechi: să detecteze apropierea pericolului la timp sau să participe la termoreglare. Atât prima cât și a doua sarcină sunt rezolvate de animal foarte eficient. Rozătoarea are o ureche ascuțită. Dezvoltat sistem circulator urechile cu o capacitate vasomotorie unică servesc doar termoreglarii. Prin creșterea și limitarea fluxului sanguin prin urechi, animalul modifică transferul de căldură cu 200-300%. Organele sale auditive îndeplinesc funcția de menținere a homeostaziei termice și de economisire a apei.
Datorită saturației auriculelor cu terminații nervoase termosensibile și a reacțiilor vasomotorii rapide, suprafața auriculelor este eliberată în mediul extern. un numar mare de excesul de energie termică atât la elefant, cât și în special la lepus.
Structura corpului unei rude a elefanților moderni - mamutul - se încadrează bine în contextul problemei în discuție. Acest echivalent nordic al elefantului, judecând după rămășițele conservate descoperite în tundra, era semnificativ mai mare decât ruda sa sudica. Dar urechile mamutului aveau o suprafață relativă mai mică și erau acoperite și cu păr gros. Mamutul avea membre relativ scurte și un trunchi scurt.
Membrele lungi sunt dezavantajoase în condiții de temperatură scăzută, deoarece se pierde prea multă energie termică de la suprafața lor. Dar în climatele calde, membrele lungi sunt o adaptare utilă. În condiții de deșert, cămilele, caprele, caii de selecție locală, precum și oile, pisicile, sunt de obicei cu picioare lungi.
Potrivit lui N. Hensen, ca urmare a adaptării la temperaturi scăzute la animale, proprietățile grăsimii subcutanate se modifică și măduvă osoasă. La animalele arctice, grăsimea osoasă din falange degetelor are Punct scăzut se topeste si nu se intareste nici in înghețuri severe. Cu toate acestea, grăsimea osoasă din oasele care nu sunt în contact cu suprafata rece, de exemplu din femur, are proprietățile fizico-chimice obișnuite. Grăsimea lichidă din oasele membrelor inferioare asigură izolarea și mobilitatea articulațiilor.
Acumularea de grăsime se observă nu numai la animalele din nord, pentru care servește drept izolație termică și sursă de energie în perioadele în care hrana este indisponibilă din cauza vremii nefavorabile. Animalele care trăiesc în climă caldă acumulează și grăsime. Dar calitatea, cantitatea și distribuția grăsimii pe tot corpul este diferită la animalele din nord și cele din sud. La animalele sălbatice arctice, grăsimea este distribuită uniform în țesutul subcutanat în întregul corp. În acest caz, animalul formează un fel de capsulă termoizolantă.
La animale zonă temperată grăsimea ca izolator termic se acumulează numai la speciile cu blană slab dezvoltată. În cele mai multe cazuri, grăsimea acumulată servește ca sursă de energie în timpul perioadei slabe de iarnă (sau vară).
În climatele calde, depozitele de grăsime subcutanată poartă o povară fiziologică diferită. Distribuția depozitelor de grăsime în corpul animalelor se caracterizează prin denivelări mari. Grăsimea este localizată în părțile superioare și posterioare ale corpului. De exemplu, la ungulate savanele africane stratul adipos subcutanat este localizat de-a lungul coloanei vertebrale. Protejează animalul de soarele arzător. Burta este complet lipsită de grăsime. Acest lucru are, de asemenea, mult sens. Pământul, iarba sau apa care este mai rece decât aerul asigură eliminarea eficientă a căldurii prin peretele abdominal în absența grăsimii. Depozitele mici de grăsime la animalele din climă caldă sunt, de asemenea, o sursă de energie în perioadele de secetă și existența asociată cu foame a ierbivorelor.
Grăsimea animală internă în fripturi și climat aridîndeplinește o altă funcție extrem de utilă. În condiții de lipsă sau absență completă a apei, grăsimea internă servește ca sursă de apă. Studii speciale arata ca oxidarea a 1000 g de grasime este insotita de formarea a 1100 g de apa.
Cămilele, oile cu coadă grasă și cu coadă grasă și bovinele zebu servesc ca exemple de nepretenție în condiții de deșert aride. Masa de grăsime acumulată în cocoașele unei cămile și în coada groasă a unei oi este de 20% din greutatea lor în viață. Calculele arată că o oaie cu coadă groasă de 50 de kilograme are o sursă de apă de aproximativ 10 litri, iar o cămilă are și mai mult - aproximativ 100 de litri. Ultimele exemple ilustrează adaptările morfofiziologice și biochimice ale animalelor la temperaturi extreme. Adaptările morfologice se extind la multe organe. Animalele din nord au un volum mare tract gastrointestinal iar o lungime relativă mare a intestinului, depun mai mult grăsime internăîn epiploon şi capsula perinefrică.
Animalele din zona aridă au o serie de caracteristici morfofuncționale ale sistemului de formare și excreție urinară. Încă la începutul secolului al XX-lea. morfologii au descoperit diferențe în structura rinichilor animalelor din deșert și ale animalelor cu climă temperată. La animalele cu climă caldă, medulara este mai dezvoltată datorită măririi părții tubulare rectale a nefronului.
De exemplu, la leu african Grosimea medulului renal este de 34 mm, iar in porc domestic- doar 6,5 mm. Capacitatea rinichilor de a concentra urina este corelată pozitiv cu lungimea ansei lui Hendle.
Pe lângă caracteristicile structurale, caracteristicile funcționale ale sistemului urinar au fost găsite la animalele din zona aridă. Da, pentru șobolan cangur normal este o abilitate pronunțată Vezica urinara reabsorb apa din urina secundara. În canalele ascendente și descendente ale buclei lui Hendle, ureea este filtrată - un proces comun părții nodulului a nefronului.
Funcționarea adaptativă a sistemului urinar se bazează pe reglarea neuroumorală cu o componentă hormonală pronunțată. La șobolanii cangur, concentrația hormonului vasopresină este crescută. Astfel, în urina unui șobolan cangur concentrația acestui hormon este de 50 de unități/ml, la un șobolan de laborator este de doar 5-7 unități/ml. În țesutul pituitar al unui șobolan cangur, conținutul de vasopresină este de 0,9 unități/mg, la un șobolan de laborator este de trei ori mai mic (0,3 unități/mg). Odată cu privarea de apă, diferențele între animale rămân, deși activitatea secretorie a neurohipofizei crește atât la unul cât și la celălalt animal.
Pierderea în greutate în viu în timpul lipsei de apă este mai mică la animalele aride. Dacă o cămilă își pierde 2-3% din greutatea vie în timpul unei zile de lucru, primind doar fân de calitate scăzută, atunci un cal și un măgar în aceleași condiții vor pierde 6-8% din greutatea vie din cauza deshidratării.
Temperatura mediului are un impact semnificativ asupra structurii pielii animalelor. În climatele reci, pielea este mai groasă, blana este mai groasă și există puf. Toate acestea ajută la reducerea conductibilității termice a suprafeței corpului. La animalele cu climă caldă, opusul este adevărat: piele subțire, păr rar și proprietăți de izolare termică scăzute ale pielii în general.
Mari invenții mintea umană nu încetați să uimești, nu există limite pentru imaginație. Dar ceea ce natura a creat de multe secole depășește cele mai creative idei și planuri. Natura a creat peste un milion și jumătate de specii de indivizi vii, fiecare dintre acestea fiind individual și unic în formele, fiziologia și adaptabilitatea la viață. Exemplele de adaptare a organismelor la condițiile de viață în continuă schimbare de pe planetă sunt exemple ale înțelepciunii creatorului și o sursă constantă de probleme de rezolvat de către biologi.
Adaptarea înseamnă adaptabilitate sau obișnuire. Acesta este procesul de degenerare treptată a funcțiilor fiziologice, morfologice sau psihologice ale unei creaturi într-un mediu schimbat. Atât indivizii, cât și populațiile întregi sunt supuse schimbărilor.
Un exemplu izbitor de adaptare directă și indirectă este supraviețuirea florei și faunei într-o zonă de radiații crescute din jur Centrala nucleara de la Cernobîl. Adaptabilitatea directă este caracteristică acelor indivizi care au reușit să supraviețuiască, s-au obișnuit și au început să se reproducă; unii nu au supraviețuit testului și au murit (adaptare indirectă).
Întrucât condițiile de existență pe Pământ sunt în continuă schimbare, procesele de evoluție și adaptare în natura vie sunt și ele un proces continuu.
Un exemplu recent de adaptare este schimbarea habitatului unei colonii de papagali verzi mexicani aratinga. Recent, și-au schimbat habitatul obișnuit și s-au stabilit chiar în gura vulcanului Masaya, într-un mediu constant saturat cu gaz sulfuros foarte concentrat. Oamenii de știință nu au oferit încă o explicație pentru acest fenomen.
Tipuri de adaptare
O schimbare în întreaga formă de existență a unui organism este o adaptare funcțională. Un exemplu de adaptare, atunci când o schimbare a condițiilor duce la adaptarea reciprocă a organismelor vii unele la altele, este o adaptare sau co-adaptare corelativă.
Adaptarea poate fi pasivă, atunci când funcțiile sau structura subiectului apar fără participarea acestuia, sau activă, atunci când își schimbă în mod conștient obiceiurile pentru a se potrivi cu mediul (exemple de oameni care se adaptează la conditii naturale sau societate). Există cazuri când un subiect adaptează mediul pentru a se potrivi nevoilor sale - aceasta este adaptarea obiectivă.
Biologii împart tipurile de adaptare în funcție de trei criterii:
- Morfologic.
- Fiziologic.
- Comportamental sau psihologic.
Exemple de adaptări de animale sau plante la formă pură sunt rare, majoritatea cazurilor de adaptare la condiții noi apar în forme mixte.
Adaptări morfologice: exemple
Modificările morfologice sunt modificări ale formei corpului, ale organelor individuale sau ale întregii structuri a unui organism viu care au avut loc în timpul procesului de evoluție.
Mai jos sunt adaptări morfologice, exemple de la animale și floră, pe care îl considerăm desigur:
- Degenerarea frunzelor în spini la cactusi și alte plante din regiunile aride.
- Carapace de broasca testoasa.
- Formele corporale simplificate ale locuitorilor din rezervoare.
Adaptări fiziologice: exemple
O adaptare fiziologică este o modificare a unui număr de procese chimice care au loc în interiorul corpului.
- Evidențierea culorilor miros puternic promovează praful pentru a atrage insecte.
- Starea de animație suspendată în care sunt capabile să intre organismele simple le permite să își mențină activitatea vitală după mulți ani. Cea mai veche bacterie capabilă să se reproducă are 250 de ani.
- Acumulare grăsime subcutanata, care se transformă în apă, în cămile.
Adaptări comportamentale (psihologice).
Exemplele de adaptare umană sunt mai mult legate de factorul psihologic. Caracteristicile comportamentale sunt comune florei și faunei. Astfel, în procesul de evoluție, schimbare regim de temperatură face ca unele animale să hiberneze, păsările să zboare spre sud pentru a reveni primăvara, copacii să-și piardă frunzele și să încetinească mișcarea sevei. Instinctul de a alege cel mai potrivit partener pentru procreare determină comportamentul animalelor în timpul sezonului de împerechere. Unele broaște și țestoase nordice îngheață complet în timpul iernii și se dezgheț și prind viață când vremea se încălzește.
Factorii care determină nevoia de schimbare
Orice proces de adaptare este un răspuns la factorii de mediu care conduc la schimbarea mediului. Astfel de factori sunt împărțiți în biotici, abiotici și antropici.
Factorii biotici sunt influența organismelor vii unul asupra celuilalt, atunci când, de exemplu, dispare o specie, care servește drept hrană pentru alta.
Factorii abiotici sunt modificări ale mediului natura neînsuflețită atunci când clima, compoziția solului, disponibilitatea apei, ciclurile se schimbă activitatea solară. Adaptări fiziologice, exemple de influență factori abiotici- pesti ecuatoriali care pot respira atat in apa cat si pe uscat. S-au adaptat bine la condițiile în care uscarea râurilor este o întâmplare comună.
Factorii antropogeni sunt influența activității umane care modifică mediul.
Adaptări la mediu
- Iluminare. La plante, acestea sunt grupuri separate care diferă în ceea ce privește nevoia de lumină solară. Heliofitele iubitoare de lumină trăiesc bine în spații deschise. Spre deosebire de ei sunt sciofiții: plante din desișurile pădurii care se simt bine în locuri umbrite. Printre animale există și indivizi ai căror imagine activă viata de noapte sau sub pamant.
- Temperatura aerului.În medie, pentru toate lucrurile vii, inclusiv pentru oameni, optim mediu de temperatură intervalul este considerat a fi de la 0 la 50 o C. Cu toate acestea, există viață în aproape toate regiuni climatice Pământ.
Exemple opuse de adaptare la temperaturi anormale sunt descrise mai jos.
Peștii arctici nu îngheață datorită producției în sânge a unei proteine antigel unice, care împiedică înghețarea sângelui.
Cele mai simple microorganisme au fost găsite în gurile hidrotermale, unde temperatura apei depășește gradele de fierbere.
Plantele hidrofite, adică cele care trăiesc în sau lângă apă, mor chiar și cu o ușoară pierdere de umiditate. Xerofitele, dimpotrivă, sunt adaptate să trăiască în regiuni aride și să moară în condiții de umiditate ridicată. Printre animale, natura a lucrat și pentru a se adapta la mediile acvatice și non-acvatice.
Adaptarea umană
Capacitatea de adaptare a omului este cu adevărat enormă. Secretele gândirii umane sunt departe de a fi pe deplin dezvăluite, iar secretele capacității de adaptare a oamenilor vor rămâne mult timp. subiect misterios pentru oameni de știință. Superioritatea Homo sapiens asupra altor ființe vii constă în capacitatea de a-și schimba în mod conștient comportamentul pentru a se potrivi cerințelor mediului sau, dimpotrivă, lumea pentru a se potrivi nevoilor dvs.
Flexibilitatea comportamentului uman se manifestă în fiecare zi. Dacă dați sarcina: „dați exemple de adaptare a oamenilor”, majoritatea începe să-și amintească cazuri excepționale de supraviețuire în aceste cazuri rare, iar în circumstanțe noi este tipic pentru o persoană în fiecare zi. Încercăm un mediu nou în momentul nașterii, la grădiniță, la școală, în echipă sau când ne mutăm în altă țară. Această stare de acceptare a noilor senzații de către organism se numește stres. Stresul este un factor psihologic, dar cu toate acestea, multe funcții fiziologice se schimbă sub influența lui. În cazul în care o persoană acceptă un mediu nou ca fiind pozitiv pentru sine, noua stare devine obișnuită, altfel stresul amenință să devină prelungit și să conducă la o serie de boli grave.
Mecanismele umane de adaptare
Există trei tipuri de adaptare umană:
- Fiziologic. Cel mai exemple simple- aclimatizare și adaptabilitate la schimbările de fus orar sau tipare de lucru zilnice. În procesul de evoluție s-au format diferite tipuri de oameni, în funcție de locul teritorial de reședință. Arctic, alpin, continental, deșert, tipuri ecuatoriale diferă semnificativ în parametrii fiziologici.
- Adaptarea psihologică. Aceasta este capacitatea unei persoane de a găsi momente de înțelegere cu oameni de diferite psihotipuri, într-o țară cu un alt nivel de mentalitate. Homo sapiens tinde să-și schimbe stereotipurile stabilite sub influență informație nouă, ocazii speciale, stres.
- Adaptarea socială. Un tip de dependență unic pentru oameni.
Toate tipurile de adaptare sunt strâns legate între ele; de regulă, orice schimbare a existenței obișnuite determină la o persoană nevoia de socializare și adaptare psihologică. Sub influența lor intră în joc mecanisme de modificări fiziologice care se adaptează și la noile condiții.
Această mobilizare a tuturor reacțiilor corpului se numește sindrom de adaptare. Noi reacții ale organismului apar ca răspuns la schimbările bruște ale mediului. În prima etapă - anxietatea - are loc o schimbare a funcțiilor fiziologice, modificări în funcționarea metabolismului și a sistemelor. În continuare, funcțiile și organele de protecție (inclusiv creierul) sunt activate și încep să-și activeze funcțiile de protecție și capacitățile ascunse. A treia etapă de adaptare depinde de caracteristici individuale: persoană sau inclusă în viață nouăși revine la normal (în medicină, refacerea are loc în această perioadă), sau organismul nu acceptă stresul, iar consecințele capătă o formă negativă.
Fenomene ale corpului uman
O persoană are o rezervă uriașă de siguranță inerentă naturii, care este folosită în viața de zi cu zi doar într-o mică măsură. Se manifestă în situații extreme și este percepută ca un miracol. De fapt, miracolul stă în noi. Exemplu de adaptare: capacitatea oamenilor de a se adapta la viata normala după îndepărtarea unei părți semnificative a organelor interne.
Imunitatea naturală înnăscută de-a lungul vieții poate fi întărită de o serie de factori sau, dimpotrivă, slăbită din cauza unui stil de viață incorect. Din păcate, pasiune obiceiuri proaste- Aceasta este și diferența dintre oameni și alte organisme vii.
Adaptările morfologice implică modificări ale formei sau structurii unui organism. Un exemplu de astfel de adaptare este o coajă tare, care oferă protecție împotriva animalelor prădătoare. Adaptările fiziologice sunt asociate cu procesele chimice din organism. Astfel, mirosul unei flori poate servi la atragerea insectelor și contribuie astfel la polenizarea plantei. Adaptarea comportamentală este asociată cu un anumit aspect al vieții unui animal. Exemplu tipic- somnul de iarnă al ursului. Majoritatea adaptărilor sunt o combinație a acestor tipuri. De exemplu, sugerea sângelui la țânțari se realizează printr-o combinație complexă de adaptări, cum ar fi dezvoltarea unor părți specializate aparatul bucal, adaptat la suge, formarea comportamentului de căutare pentru a găsi un animal pradă, precum și dezvoltarea glandele salivare secreții speciale care împiedică coagularea sângelui aspirat.
Toate plantele și animalele se adaptează în mod constant la mediul lor. Pentru a înțelege cum se întâmplă acest lucru, este necesar să se ia în considerare nu numai animalul sau planta în ansamblu, ci și baza genetică a adaptării.
Baza genetică.
La fiecare specie, programul de dezvoltare a trăsăturilor este încorporat în materialul genetic. Materialul și programul codificat în el sunt transmise de la o generație la alta, rămânând relativ neschimbate, astfel încât reprezentanții unei anumite specii arată și se comportă aproape la fel. Cu toate acestea, într-o populație de organisme de orice specie există întotdeauna modificări minore materialul genetic și, prin urmare, variația caracteristicilor indivizilor. Din aceste variații genetice variate procesul de adaptare selectează sau favorizează dezvoltarea acelor trăsături care în cea mai mare măsură crește șansele de supraviețuire și, prin urmare, de conservare a materialului genetic. Adaptarea poate fi considerată astfel procesul prin care materialul genetic își mărește șansele de persistență în generațiile ulterioare. Din acest punct de vedere, fiecare specie reprezintă mod de succes conservarea anumitor materiale genetice.
Pentru a transmite materialul genetic, un individ din orice specie trebuie să fie capabil să se hrănească, să supraviețuiască până la sezonul de reproducere, să lase descendenți și apoi să îi răspândească pe o zonă cât mai largă posibil.
Nutriție.
Toate plantele și animalele trebuie să obțină energie din mediu și diverse substanțe, în principal oxigen, apă și compuși anorganici. Aproape toate plantele folosesc energia Soarelui, transformând-o prin procesul de fotosinteză. Animalele obțin energie mâncând plante sau alte animale.
Fiecare specie este adaptată într-un anumit mod pentru a se asigura cu hrană. Șoimii au gheare ascuțite pentru capturarea prăzii, iar locația ochilor în partea din față a capului le permite să evalueze adâncimea spațiului, care este necesară pentru vânătoare atunci când zboară. de mare viteză. S-au dezvoltat și alte păsări, cum ar fi stârcii gât lung si picioare. Ei obțin hrană rătăcind cu atenție prin ape puțin adânci și stând la pândă pe animale acvatice neprevăzute. Cintezele lui Darwin sunt un grup de specii de păsări strâns înrudite cu insulele Galapagos- prezent exemplu clasic adaptare înalt specializată la în diverse feluri nutriție. Datorită uneia sau alteia modificări morfologice adaptative, în primul rând în structura ciocului, unele specii au devenit granivore, altele au devenit insectivore.
În ceea ce privește peștii, prădătorii precum rechinii și baracudele au dinti ascutiti a prinde prada. Altele, cum ar fi ansoa mică și heringul, obțin particule mici de alimente prin filtrare apa de mare prin grile branhiale în formă de pieptene.
La mamifere, un exemplu excelent de adaptare la tipul de nutriție îl reprezintă caracteristicile structurale ale dinților. Caninii și molarii leoparzilor și ai altor feline sunt excepțional de ascuțiți, ceea ce le permite acestor animale să țină și să rupă corpul prăzii lor. Căprioarele, caii, antilopele și alte animale de pășunat au molari mari cu suprafețe largi, nervurate, adaptate pentru mestecat iarbă și alte alimente vegetale.
Diverse moduri de a primi nutrienți poate fi observat nu numai la animale, ci și la plante. Multe dintre ele, în primul rând leguminoase - mazăre, trifoi și altele - s-au dezvoltat simbiotice, adică. relație reciproc avantajoasă cu bacteriile: bacteriile transformă azotul atmosferic într-o formă chimică disponibilă plantelor, iar plantele furnizează energie bacteriilor. Plantele carnivore, cum ar fi saracenia și roza soarelui, obțin azot din corpurile insectelor capturate prin captarea frunzelor.
Protecţie.
Mediul este format din componente vii și nevii. Mediul de viață al oricărei specii include animale care se hrănesc cu membrii acelei specii. Adaptările speciilor prădătoare au ca scop achiziția eficientă de hrană; Speciile de pradă se adaptează pentru a evita să devină pradă prădătorilor.
Multe specii potențiale de pradă au culori protectoare sau de camuflaj care le ascund de prădători. Astfel, la unele specii de căprioare, pielea pătată a indivizilor tineri este invizibilă pe fundalul unor pete alternative de lumină și umbră, iar iepurii albi sunt greu de distins pe fundalul stratului de zăpadă. Corpurile lungi și subțiri ale insectelor stick sunt, de asemenea, greu de văzut, deoarece seamănă cu crenguțe sau crenguțe din tufișuri și copaci.
S-au dezvoltat căprioare, iepuri de câmp, canguri și multe alte animale picioare lungi permițându-le să scape de prădători. Unele animale, cum ar fi opossums și șerpi de porc, au dezvoltat chiar un comportament unic numit falsificarea morții, care le crește șansele de supraviețuire, deoarece mulți prădători nu mănâncă trupuri.
Unele tipuri de plante sunt acoperite cu spini sau spini care resping animalele. Multe plante au un gust dezgustător pentru animale.
Factorii de mediu, în special clima, plasează adesea organismele vii în condiții dificile. De exemplu, animalele și plantele trebuie adesea să se adapteze la temperaturi extreme. Animalele scapă de frig folosind blană sau pene izolante, migrând în zonele cu mai multe climat cald sau căzând în hibernare. Majoritatea plantelor supraviețuiesc frigului intrând într-o stare de repaus, echivalentă cu hibernarea la animale.
Pe vreme caldă, animalul se răcește prin transpirație sau prin respirație frecventă, ceea ce crește evaporarea. Unele animale, în special reptilele și amfibienii, sunt capabile să intre în hibernarea de vară, care este în esență similară cu hibernarea de iarnă, dar este cauzată mai degrabă de căldură decât de frig. Alții caută pur și simplu un loc răcoros.
Plantele își pot menține temperatura într-o oarecare măsură prin reglarea vitezei de evaporare, care are același efect de răcire ca transpirația la animale.
Reproducere.
Un pas critic în asigurarea continuității vieții este reproducerea, procesul prin care materialul genetic este transmis generației următoare. Reproducerea are două aspecte importante: întâlnirea indivizilor de sex opus pentru schimb material geneticși creșterea urmașilor.
Printre adaptările care asigură întâlnirea indivizilor de diferite sexe se numără și comunicarea sonoră. La unele specii mare rolÎn acest sens, simțul mirosului joacă un rol. De exemplu, pisicile sunt puternic atrase de mirosul unei pisici în călduri. Multe insecte secretă așa-numitele. Atractanții sunt substanțe chimice care atrag persoane de sex opus. Mirosurile de flori sunt o adaptare eficientă a plantelor pentru a atrage insectele polenizatoare. Unele flori miros dulce și atrag albinele hrănitoare de nectar; altele miros dezgustător, atrăgând muștele care se hrănesc cu carapace.
Vederea este, de asemenea, foarte importantă pentru întâlnirea cu persoane de diferite sexe. La păsări comportamentul de împerechere masculul, penele lui luxuriante și culoarea strălucitoare atrag femela și o pregătesc pentru copulare. Culoarea florii din plante indică adesea ce animal este necesar pentru a poleniza acea plantă. De exemplu, florile polenizate de colibri sunt colorate în roșu, ceea ce atrage aceste păsări.
Multe animale au dezvoltat modalități de a-și proteja descendenții în primele etape ale vieții. Majoritatea adaptărilor de acest fel sunt comportamentale și presupun acțiuni ale unuia sau ambilor părinți care cresc șansele de supraviețuire ale tinerilor. Majoritatea păsărilor construiesc cuiburi care sunt specifice fiecărei specii. Cu toate acestea, unele specii, precum pasărea vacă, depun ouă în cuiburile altor specii de păsări și încredințează puii în grija parentală a speciei gazdă. Multe păsări și mamifere, precum și unii pești, au o perioadă în care unul dintre vin parintii pe risc mare, asumând funcția de a proteja urmașii. Deși acest comportament amenință uneori cu moartea părintelui, el asigură siguranța urmașilor și păstrarea materialului genetic.
Un număr de specii de animale și plante utilizează o strategie de reproducere diferită: produc un număr mare de descendenți și îi lasă neprotejați. În acest caz sanse mici asupra supraviețuirii unui individ în creștere sunt echilibrate de numărul de descendenți.
Așezarea.
Majoritatea speciilor au dezvoltat mecanisme pentru a îndepărta descendenții din locurile în care s-au născut. Acest proces, numit dispersie, crește probabilitatea ca descendenții să crească pe un teritoriu neocupat.
Majoritatea animalelor evită pur și simplu locurile în care există prea multă concurență. Cu toate acestea, se acumulează dovezi că dispersarea este determinată de mecanisme genetice.
Multe plante s-au adaptat la dispersarea semințelor cu ajutorul animalelor. Astfel, fructele cocklebur au cârlige la suprafață, cu care se agață de blana animalelor care trec. Alte plante produc fructe gustoase, cărnoase, cum ar fi fructele de pădure, care sunt consumate de animale; semințele trec prin tractului digestivși sunt „însămânțate” intacte în alt loc. Plantele folosesc, de asemenea, vântul pentru a se răspândi. De exemplu, vântul poartă „elicele” semințelor de arțar, precum și semințe de bumbac, care au smocuri de păr fin. Plante de stepă precum tumbleweeds, care capătă o formă sferică în momentul în care semințele se coc, sunt împinse de vânt pe distanțe lungi, împrăștiind semințele pe parcurs.
Mai sus sunt doar câteva dintre cele mai multe exemple vii adaptări. Cu toate acestea, aproape fiecare trăsătură a oricărei specii este rezultatul adaptării. Toate aceste semne formează o combinație armonioasă, care permite organismului să-și ducă cu succes propriul mod special de viață. Omul în toate trăsăturile sale, de la structura creierului până la formă deget mare pe picior, este rezultatul adaptării. Trăsăturile adaptive au contribuit la supraviețuirea și reproducerea strămoșilor săi, care aveau aceleași trăsături. În general, conceptul de adaptare are mare importanță pentru toate domeniile biologiei.
apare în procesul de evoluție pentru ca organismul să rezolve problemele de mediu prezentate de mediul său. Ele reprezintă o adaptare în schimbare, îmbunătățire, uneori care dispare a organismelor la factori de mediu specifici. Ca urmare a dezvoltării adaptării, se realizează o stare de adaptare (sau conformitate cu morfologia, fiziologia, comportamentul organismelor) la nișele ecologice pe care le ocupă, care reprezintă întregul ansamblu de condiții de mediu și stil de viață al unui anumit organism. Acea. adaptarea poate fi considerată o bază largă pentru apariția sau dispariția organelor, divergența (divergența) speciilor, formarea de noi populații și specii și complicarea organizării.
Procesul de dezvoltare a adaptării are loc în mod constant și multe semne ale corpului sunt implicate în acesta. [spectacol] .
Evoluția păsărilor din reptile a inclus, de exemplu, modificări succesive ale oaselor, mușchilor, tegumentului și membrelor.
Lărgirea sternului, restructurarea structurii histologice a oaselor, care le-a dat lejeritate împreună cu rezistența, dezvoltarea penajului, care a determinat proprietăți aerodinamice și termoreglare mai bune și transformarea unei perechi de membre în aripi, au oferit o rezolvarea problemei zborului.
Unii reprezentanți ai păsărilor au dezvoltat ulterior adaptări la un stil de viață terestru sau acvatic (struț, pinguin), iar adaptările secundare au inclus și o serie de caracteristici. Pinguinii, de exemplu, și-au înlocuit aripile cu aripioare, iar husele lor au devenit impermeabile.
Cu toate acestea, adaptarea se formează numai dacă există un tip de informații ereditare în fondul genetic care promovează modificări ale structurilor și funcțiilor în direcția necesară. Astfel, mamiferele și insectele folosesc plămânii și, respectiv, traheele pentru respirație, care se dezvoltă din diferite primordii sub controlul diferitelor gene.
Adaptarea este uneori cauzată de o nouă mutație, care, fiind implicată în sistemul genotipului, schimbă fenotipul într-o direcție mai mare. solutie eficienta sarcini de mediu. Această cale de adaptare se numește combinativă.
Pentru a rezolva o problemă de mediu, pot fi utilizate diferite adaptări. Astfel, blana groasă servește ca mijloc de izolare termică la urși și vulpi arctice, iar la cetacee este stratul subcutanat gras.
Există mai multe clasificări ale adaptării.
Prin mecanism de acțiune aloca
Dispozitive de protecție pasivă
- colorare protectoare. Datorită colorației protectoare, organismul devine greu de distins și, prin urmare, protejat de prădători.
- Ouăle de păsări depuse pe nisip sau pe pământ sunt gri și maro cu pete, asemănătoare cu culoarea solului din jur. În cazurile în care ouăle sunt inaccesibile prădătorilor, acestea sunt de obicei incolore.
- Omizile fluturi sunt adesea verzi, de culoarea frunzelor, sau închise, de culoarea scoarței sau a pământului.
- Peștii de fund sunt de obicei colorați pentru a se potrivi cu culoarea fundului nisipos (razele și lipa). Mai mult decât atât, căptușele au și capacitatea de a-și schimba culoarea în funcție de culoarea fundalului înconjurător.
- Capacitatea de a schimba culoarea prin redistribuirea pigmentului în tegumentul corpului este cunoscută și la animalele terestre (cameleon).
- Animalele din deșert, de regulă, au o culoare galben-maro sau galben-nisip.
- O culoare protectoare monocromatică este caracteristică atât insectelor (lăcuste), cât și șopârlelor mici, precum și ungulatelor mari (antilope) și prădătorilor (leu).
- Colorație protectoare dezmembrătoare sub formă de dungi și pete luminoase și întunecate alternativ pe corp. Zebrele și tigrii sunt greu de văzut chiar și la o distanță de 50-40 m din cauza coincidenței dungilor de pe corp cu alternanța luminii și umbrelor din zona înconjurătoare. Dezmembrarea colorării perturbă ideile despre contururile corpului.
- colorant repellent (avertisment) - oferă, de asemenea, protecție organismelor de inamici.
Culoarea strălucitoare este de obicei caracteristică animalelor otrăvitoare și avertizează prădătorii că obiectul atacului lor este necomestibil. Eficacitatea colorării de avertizare a dat naștere unui fenomen foarte interesant de imitație - mimetismul [spectacol] .
Mimica este asemănarea dintre un fără apărare și tip comestibil cu una sau mai multe specii neînrudite, bine protejate și cu colorație de avertizare. Fenomenul de mimetism este comun la fluturi și alte insecte. Multe insecte imită insectele înțepătoare. Se știe că gândacii, muștele și fluturii copiază viespi, albine și bondari.
Mimetismul apare și la vertebrate - șerpi. În toate cazurile, asemănarea este pur externă și are ca scop formarea unei anumite impresii vizuale în rândul potențialilor inamici.
Pentru imitarea speciilor, este important ca numărul acestora să fie mic în comparație cu modelul pe care îl imită, altfel inamicii nu vor dezvolta un reflex negativ stabil la culoarea de avertizare. Abundența scăzută a speciilor care mimează este susținută de o concentrație mare de gene letale în fondul genetic.
- asemănarea formei corpului cu mediul - sunt cunoscuți gândacii care seamănă cu licheni, cicadele, asemănătoare cu spinii tufișurilor printre care trăiesc. Insectele stick arată ca o crenguță mică maro sau verde.
Efectul protector al colorării protectoare sau al formei corpului crește atunci când este combinat cu un comportament adecvat. De exemplu, omizile de molii aflate într-o poziție de protecție seamănă cu o ramură a plantei. Selecția distruge indivizii al căror comportament le dezvăluie.
- fertilitate mare
- alte mijloace de protecție pasivă
- Dezvoltarea coloanelor vertebrale și a acelor la plante le protejează de a fi consumate de ierbivore
- Ei joacă același rol substante toxice, fire de păr arzătoare (urzică).
- Cristalele de oxalat de calciu formate în celulele unor plante le protejează de a fi mâncate de omizi, melci și chiar rozătoare.
- Formațiuni sub formă de înveliș chitinos dur la artropode (gândaci, crabi), scoici la moluște, solzi la crocodili, scoici la armadilli și țestoase le protejează bine de mulți inamici. Penele aricilor și porcilor spini servesc aceluiași scop.
Dispozitive pentru protectie activa, miscare,
în căutarea hranei sau a unui partener de reproducere
- îmbunătățirea aparatului de mișcare, sistem nervos, organele senzoriale, dezvoltarea mijloacelor de atac la prădător
Organele chimice de simț ale insectelor sunt uimitor de sensibile. Samtsov molia ţigănească atrage mirosul glandei mirositoare a femelei de la o distanta de 3 km. La unii fluturi, sensibilitatea receptorilor gustativi este de 1000 de ori mai mare decât sensibilitatea receptorilor. limbajul uman. Prădătorii nocturni, cum ar fi bufnițele, au o vedere excelentă în întuneric. Unii șerpi au abilități bine dezvoltate de termolocare. Ei disting obiectele la distanță dacă diferența lor de temperatură este de numai 0,2 °C.
Adaptări la un stil de viață social - diviziunea „muncii” între albine.
În funcție de natura schimbării
- adaptare cu organizare morfofiziologică crescută
- apariția peștilor cu aripioare lobe pe uscat în Devonian, ceea ce le-a permis să dea naștere vertebratelor terestre
Pentru peștii cu aripioare lobice, membrele erau folosite pentru târarea de-a lungul fundului rezervoarelor. Înghițirea aerului și utilizarea oxigenului prin proeminența peretelui intestinal - plămânii primitivi - au oferit o oportunitate de a compensa lipsa de oxigen din rezervoarele de atunci. Aceste structuri au permis unor pești să părăsească rezervoarele pentru o perioadă. Inițial, astfel de ieșiri aveau loc se pare în zilele ploioase sau în nopțile umede. Este exact ceea ce face în prezent somnul american (Ictalurus nebulosis). Aceste structuri s-au dezvoltat ulterior în plămânii și membrele animalelor terestre. Ulterior, întreaga organizare a peștilor a suferit schimbări profunde în procesul de adaptare la viața de pe uscat.
Astfel de schimbări în timpul dezvoltării unui nou habitat, extinderea gamei de funcții bazate pe structuri care anterior îndeplineau alte funcții, dar s-au schimbat într-o astfel de direcție și într-o asemenea măsură încât au putut să-și asume noi funcții - se numesc preadaptare. .
Fenomenul de preadaptare subliniază încă o dată caracterul adaptativ al evoluției, bazat pe selecția unor modificări ereditare utile și transformări progresive ale structurilor existente în procesul de stăpânire a noilor condiții de mediu.
După dimensiunea dispozitivului
- adaptări de specialitate . Cu ajutorul adaptărilor specializate, organismul rezolvă probleme specifice în condițiile locale de viață înguste ale speciei. De exemplu, caracteristicile structurale ale limbii furnicarului oferă hrană furnicilor.
- adaptări generale - vă permit să rezolvați multe probleme într-o gamă largă de condiții de mediu. Acestea includ scheletul intern vertebrate și artropode externe, hemoglobina ca purtător de oxigen etc. Astfel de adaptări contribuie la dezvoltarea diferitelor nișe ecologice, oferă plasticitate ecologică și evolutivă semnificativă și se găsesc la reprezentanții taxonomiilor mari de organisme. Astfel, învelișul cornos primar al formelor ancestrale de reptile în proces dezvoltare istorica a dat acoperire reptile moderne, păsări, mamifere. Scara de adaptare este dezvăluită în timpul evoluției grupului de organisme în care a apărut pentru prima dată.
Astfel, structura organismelor vii este foarte fin adaptată la condițiile de existență. Orice caracteristică sau proprietate a speciei este de natură adaptativă și este adecvată într-un mediu dat, în condiții de viață date.
Relativitatea și oportunitatea aptitudinii organismelor
Adaptările apar ca răspuns la o problemă specifică de mediu, deci sunt întotdeauna relative și oportune. Relativitatea adaptării constă în limitarea semnificației lor adaptative la anumite condiții de viață. Astfel, valoarea adaptativă a pigmentării fluturilor de molii de mesteacăn în comparație cu formele ușoare este evidentă numai pe trunchiurile de copaci afumate.
Când condițiile de mediu se schimbă, adaptările se pot dovedi a fi inutile sau chiar dăunătoare organismului. Creșterea constantă a incisivilor rozătoarelor este foarte caracteristică importantă, dar numai atunci când consumați alimente solide. Dacă un șobolan este ținut pe hrană moale, incisivii, fără a se uza, cresc până la o asemenea dimensiune încât hrănirea devine imposibilă.
Niciuna dintre caracteristicile adaptive nu oferă siguranta absoluta pentru proprietarii lor. Datorită mimetismului, majoritatea păsărilor lasă viespile și albinele în pace, dar există specii care mănâncă atât viespi, cât și albine și imitatorii lor. Ariciul și pasărea secretară mănâncă fără rău șerpi veninoși. Carapacea țestoaselor de uscat le protejează în mod fiabil de inamici, dar păsări prădătoare ridică-le în aer și zdrobește-le la pământ.
Utilitatea biologică a organizării ființelor vii se manifestă în armonia dintre morfologia, fiziologia și comportamentul organismelor. tipuri diferiteși habitatul lor. Constă, de asemenea, în consistența uimitoare a structurii și funcției piese individualeși sistemele corpului însuși. Susținătorii explicației teologice a originii vieții au văzut în oportunitatea biologică o manifestare a înțelepciunii creatorului naturii. Explicația teleologică a oportunității biologice se bazează pe principiul " scopul suprem„, conform căreia viața se dezvoltă direcțional datorită unei dorințe inerente pentru un scop cunoscut. De pe vremea lui J.B. Lamarck, au existat ipoteze care leagă oportunitatea biologică de principiul unui răspuns adecvat al organismelor la modificările condițiilor externe și moștenirea astfel de „caracteristici dobândite”.Un argument convingător în Beneficiul oportunității schimbărilor sub influența mediului a fost de mult recunoscut prin faptul că microorganismele „se obișnuiesc” cu medicamente, - sulfonamide, antibiotice. Experiența lui V. și E. Lederberg a arătat că nu este așa.
Într-o cutie Petri de pe suprafața unui mediu nutritiv solid, microbul formează colonii (1). Folosind o ștampilă specială (2), amprenta tuturor coloniilor a fost transferată într-un mediu cu o doză letală de antibiotic (3). Dacă cel puțin o colonie a crescut în aceste condiții, atunci a venit dintr-o colonie de microbi care erau și ei rezistenți la acest medicament. Spre deosebire de alte colonii ale primei cutii Petri (4), a crescut într-o eprubetă cu un antibiotic (5). Dacă numărul de colonii inițiale a fost mare, atunci, de regulă, a existat una stabilă printre ele. Prin urmare, despre care vorbim nu despre adaptarea dirijată a microbului, ci despre starea de preadaptare, care este cauzată de prezența în genomul microorganismului a unei alele care blochează acțiunea antibioticului. În unele cazuri, microbii „rezistenți” sintetizează o enzimă care distruge medicamentul; în altele, peretele celular devine impenetrabil pentru medicament.
Apariția tulpinilor de microorganisme rezistente la medicamente este facilitată de tacticile incorecte ale medicilor care, dorind să evite efectele secundare, prescriu doze mici, subletale de medicamente. De asemenea, este posibil să se explice apariția formelor rezistente la otrăvuri printre insecte și mamifere - printre organismele mutante există o formă rezistentă care este supusă selecției pozitive sub influența unei substanțe toxice. De exemplu, rezistența șobolanilor la warfarină, folosită pentru a-i ucide, depinde de prezența unei anumite alele dominante în genotip.
Posibilitatea „adaptarii directe” a organismelor la mediul lor, „refacerea naturii prin asimilarea condițiilor” a fost afirmată de unii biologi încă din anii 40-50 ai secolului actual. Punctele de vedere prezentate mai sus corespund viziunilor idealiste și nu pot explica oportunitatea biologică fără a implica ideea, dacă nu a lui Dumnezeu, atunci a unui scop sau program special pentru dezvoltarea vieții care a existat chiar înainte de apariția ei.
Necesitatea biologică a structurii și funcțiilor organismelor se dezvoltă în procesul dezvoltării vieții. Reprezintă o categorie istorică. Acest lucru este dovedit de schimbarea tipurilor de organizații care ocupă o poziție dominantă în lumea organică a planetei. Astfel, dominația amfibienilor timp de aproape 75 de milioane de ani a fost înlocuită cu dominația reptilelor, care a durat 150 de milioane de ani. În perioadele de dominanță a oricărui grup, există mai multe valuri de extincție care modifică compoziția relativă a speciilor a taxonului mare relevant.
Apariția oricărei adaptări și oportunități biologice se explică în general prin munca în natură de peste 3,5 miliarde de ani. selecție naturală. Dintr-o varietate de abateri aleatorii, păstrează și acumulează modificări ereditare care au valoare adaptativă. Această explicație face posibilă înțelegerea de ce oportunitatea biologică, luată în considerare în spațiu și timp, este o proprietate relativă a ființelor vii și de ce, în condiții specifice de viață, adaptările individuale ating doar acel grad de dezvoltare care este suficient pentru supraviețuire în comparație cu adaptări ale concurenților.
În procesul evoluției, organismele au dezvoltat diverse adaptări la mediul lor - adaptare. Apar adaptări pe diferite niveluri organizarea materiei vii: de la moleculară la biocenotică. Capacitatea de adaptare este una dintre principalele proprietăți ale materiei vii, asigurând posibilitatea existenței acesteia. Adaptările se dezvoltă sub influența a trei factori principali: ereditatea, variabilitatea și selecția naturală (și artificială).
Există trei moduri principale prin care organismele se adaptează la condițiile de mediu: calea activă, calea pasivă și evitarea efectelor adverse.
Calea activă - întărirea rezistenței, dezvoltarea proceselor de reglare care permit îndeplinirea tuturor funcțiilor vitale ale organismului, în ciuda abaterilor factorilor de la optim. De exemplu, menținerea temperatura constanta organism la animalele cu sânge cald (păsări și mamifere), optim pentru apariția proceselor biochimice în celule.
Mod pasiv - subordonarea funcţiilor vitale ale organismului faţă de modificările factorilor de mediu. De exemplu, trecerea în condiții de mediu nefavorabile la o stare de anabioză (viață ascunsă), când metabolismul în organism se oprește aproape complet (repaus de iarnă a plantelor, conservarea semințelor și sporilor în sol, torporul insectelor, hibernarea vertebratelor). , etc.).
Evitarea efectelor adverse - producerea de către organism a unor astfel de cicluri de viațăși comportamente care evită efectele adverse. De exemplu, migrațiile sezoniere ale animalelor.
De obicei, adaptarea unei specii la mediul său se realizează printr-una sau alta combinație a tuturor celor trei căi de adaptare posibile.
Adaptările pot fi împărțite în trei tipuri: morfologice, fiziologice și etologice.
Adaptări morfologice însoțită de o modificare a structurii organismului (de exemplu, modificarea frunzei la plantele din deșert). Adaptările morfologice la plante și animale duc la formarea anumitor forme de viață (vezi secțiunea „Forme de viață ale organismelor”).
Adaptări fiziologice - modificări ale fiziologiei organismelor (de exemplu, capacitatea unei cămile de a asigura organismului umiditate prin oxidarea rezervelor de grăsime).
Adaptări etologice - modificări ale comportamentului (de exemplu, migrații sezoniere ale mamiferelor și păsărilor, hibernarea în perioada de iarna). Adaptările etologice sunt caracteristice animalelor.
Organismele vii sunt bine adaptate la factori periodici. Factorii non-periodici pot provoca îmbolnăvirea și chiar moartea unui organism viu. Omul exploatează acest lucru folosind pesticide, antibiotice și alți factori non-periodici. Cu toate acestea, expunerea prelungită la ele poate provoca și adaptarea la ele.