Животные и растения вынуждены приспосабливаться ко множеству факторов, причем эти приспособления вырабатываются в процессе определенного промежутка времени, часто в процессе эволюции и естественного отбора, закрепляясь на генетическом уровне.

Адаптация (от лат. adapto - приспособляю) – приспособления строения и функций организмов к условиям среды в процессе эволюции.

При анализе организации любого животного и растения всегда обнаруживается поразительное соответствие формы и функций организма условиям среды. Так, среди морских млекопитающих дельфины обладают наиболее совершенными приспособлениями к быстрому движению в водной среде: торпедообразная форма, особое строение кожи и подкожной клетчатки, повышающее обтекаемость тела, а следовательно, и быстроту скольжения в воде.

Различают три основные формы проявления адаптаций: анатомо-морфологические, физиологические и поведенческие.

Анатомо-морфологические адаптации – это какие-то внешние и внутренние особенности в строении тех или иных органов растений и животных, позволяющие им обитать в определенной среде при определенном сочетании экологических факторов. У животных часто связаны с образом жизни, характером питания. Примеры:

· Твердый панцирь черепах, обеспечивающий защиту от хищных животных

· Дятел – долотообразный клюв, жесткий хвост, характерное расположение пальцев.

Физиологические адаптации заключаются в способности организмов изменять некоторые свои физиологические процессы при наступлении критических периодов в их жизни

· Запах цветка может служить для привлечения насекомых и тем самым способствовать опылению растения.

· Глубокий покой у многих растений, произрастающих в средних широтах северного полушария, впадение в оцепенение или в спячку у некоторых животных с наступлением холодного периода).

· Биологические антифризы, увеличивающие вязкость внутренних сред и препятствующие образованию кристаллов льда, которые разрушили бы клетки (до 10 % у муравьев, до 30 % у ос).

· В темноте чувствительность глаза к свету повышается в течение часа во много тысяч раз, что связано как с восстановлением зрит, пигментов, так и с изменениями в нервных элементах и нервных клетках коры головного мозга.

· Примером физиологических адаптаций являются также особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемые набором и составом пищи. Так, обитатели пустынь способны обеспечивать свою потребность во влаге путем биохимического окисления жиров.

Поведенческие (этологические) адаптации – это формы приспособительного поведения животных. Примеры:

· Для обеспечения нормально теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, суточные и сезонные кочевки животных с целью выбора оптимальных температурных условий.

· Колибри Oreotrochis estella , живущая в высокогорных Андах, строит гнезда на скалах, причем на стороне, обращенной к Востоку. В течение ночи камни отдают тепло, накопленное за день, тем самым обеспечивая комфортную температуру до утра.

· В районах с суровым климатом, но снежными зимами температура под снегом может быть на 15-18ºС выше внешней. Посчитано, что белая куропатка, ночуя в подснежной лунке, экономит до 45 % энергии.

· Многие животные используют групповые ночевки: пищухи род Certhia (птицы) собираются в холодную погоду группами до 20 особей. Аналогичное явление описано у грызунов.

· Приспособительное поведение может появляться у хищников в процессе выслеживания и преследования добычи.

Большинство адаптаций представляет собой сочетание перечисленных типов . Например, кровососание у комаров обеспечивается сложной комбинацией таких адаптаций, как развитие специализированных частей ротового аппарата, приспособленных к сосанию, формирование поискового поведения для нахождения животного-жертвы, а также выработка слюнными железами специальных секретов, которые предотвращают свертывание высасываемой крови.

Одно из фундаментальных свойств живой природы – это цикличность большинства происходящих в ней процессов, что обеспечивает адаптацию растений и животных при своем развитии с основным периодическим факторам. Остановимся на таком явлении в живой природе как фотопериодизм.

Фотопериодизм – реакция организмов на сезонные изменения долготы дня. Открыт В. Гарнером и Н. Аллардом в 1920 г. во время селекционной работы с табаком.

Свет оказывает ведущее влияние на проявление суточной и сезонной активности организмов. Это важный фактор, поскольку именно смена освещенности обуславливает чередование периода покоя и интенсивной жизнедеятельности, многие биологические явления у растений и животных (т.е. влияет на биоритмику организмов).

Например, до поверхности Земли доходит 43 % солнечных лучей. Растения способны улавливать от 0,1 до 1,3 %. Они поглощают желто-зеленый цвет спектра.

И сигналом о приближении зимы для растений и животных является уменьшение долготы дня. У растений происходит постепенная физиологическая перестройка, накопление запаса энергетических веществ перед зимним покоем. По фотопериодической реакции растительные организмы делятся на две группы:

· Организмы короткого дня – зацветание и плодоношение наступает при 8-12 часовом освещении (гречиха, просо, конопля, подсолнечник).

· Организмы длинного дня. На цветение и плодоношение у растений длинного дня необходимо удлинения дня до 16-20 часов (растения умеренных широт), для которых снижение долготы дня до 10-12 часов является сигналом приближения неблагоприятного осенне-зимнего периода. Это картофель, пшеница, шпинат.

· Нейтральные к длине для растения. Цветение наступает при любой длине дня. Это одуванчик, горчица и томат.

Подобное обнаруживается и у животных. В течение суток активность у каждого организма приходится на определенные часы. Механизмы, позволяющие организмам циклически менять свое состояние называются "биологическими часами".

Библиографический список к разделу

1. Гальперин, М.В. Общая экология: [учеб. для сред. проф. образования] / М.В. Гальперин. - М. : Форум: Инфра-М, 2006. – 336 с.

2. Коробкин, В.И. Экология [Текст] / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. – 575 с.

3. Миркин, Б.М. Основы общей экологии [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по естественнонауч. специальностям / Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова; [под ред. Г.С. Розенберга]. - М. : Унив. кн., 2005. – 239 с.

4. Степановских, А.С. Общая экология: [учеб. для вузов по экол. специальностям] / А.С. Степановских. - 2-е изд., доп. и перераб. - М. : ЮНИТИ, 2005. – 687 с.

5. Фуряев, В.В. Общая экология и биология: учеб. пособие для студентов специальности 320800 очн. формы обучения / В.В. Фуряев, А.В. Фуряева; Федер. агентство по образованию, Сиб. гос. технол. ун-т, Ин-т леса им. В. Н. Сукачева. - Красноярск: СибГТУ, 2006. – 100 с.

6. Голубев, А.В. Общая экология и охрана окружающей среды: [учеб. пособие для всех специальностей] / А.В. Голубев, Н.Г. Николаевская, Т.В. Шарапа; [под ред. авт.] ; Гос. образоват. учреждение высшего проф. образования "Моск. гос. ун-т леса". – М. : МГУЛ, 2005. - 162 с.

7. Коробкин, В.И. Экология в вопросах и ответах [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. - 379 с. : схем. - Библиогр.: с. 366-368. - 103.72 р.

Контрольные вопросы к разделу 3

1. Понятие среды обитания, ее виды.

2. Что такое экологические факторы, как их классифицируют?

3. Понятие о лимитирующем факторе, примеры.

4. Закон оптимума-пессимума (рисунок). Примеры.

5. Закон взаимодействия экологических факторов. Примеры.

6. Закон толерантности (Шелфорда). Примеры.

7. Экологические правила: Д. Аллена, К. Бергмана, К. Глогера.

8. Адаптации живых организмов, их пути и формы. Примеры.

9. Фотопериодизм, биологические ритмы: понятие, примеры.

РАЗДЕЛ 4: ПОПУЛЯЦИОНННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Поведенческие адаптации - это выработанные в процессе эволюции особ-ти поведения, позволяющие приспособиться и выжить в опр условиях среды.

Типичный пример - зимний сон у медведя.

Также примерами могут служить 1)создание убежищ, 2)передвижение с целью выбора опт температурных условий, особенно в усл-х экстремальных t. 3)процесс выслеживания и преследования добычи у хищников, а у жертв - в опр ответных реакциях (например затаивание).

Обычный для животных способ приспособления к неблагоприятным периодам - миграция.(сайгаки ежегодно уходят на зиму в малоснежные южные полупустыни, где зимние травы в связи с сухостью климата более питательны и доступны. Однако летом травостои полупустынь быстро выгорают, поэтому на период размножения сайгаки переходят в более влажные северные степи).

Примеры : 4)поведение при поиске пищи и полового партнера, 5)спаривание, 6)выкармливание потомства, 7)избегание опасности и защита жизни в случае угрозы, 8)агрессия и угрожающие позы, 9)заботу о потомстве, которая повышает вероятность выживания детёнышей, 10)объединение в стаи, 11)имитация ранения или смерти в случае угрозы нападения.

21.Жизненные формы, как рез-т приспособления организмов к действию комплекса экологических ф-ров. Классификация жизненных форм растений по К.Раункиеру, И.Г.Серебрякову, животных по Д.Н.Кашкарову.

Термин «жизненная форма» был введен в 80-х Е. Вармингом. Он понимал под жизненной формой «форму, в которой вегетативное тело растения (индивида) находится в гармонии с внешней средой в течение всей его жизни, от колыбели до гроба, от семени до отмирания». Это очень глубокое опр-ние.

Жизненные формы как типы приспособительных структур демонстрируют :1)разнообразие путей приспособления разных видов растений даже к одним и тем же условиям,

2)возможность сходства этих путей у растений совершенно неродственных, принадлежащих к разным видам, родам, семействам.

->Классификация жизненных форм основана на стр-ре вегетативных органов и отражает IIи конвергентные пути экологической эволюции.

По Раункиеру: применил свою систему для выясн-я взаимосвязи жизненных форм растений и климата.

Он выделил важный признак, хар-щий приспособление растений к перенесению неблагоприятного времени года - холодного или сухого.

Этот признак - положение почек возобновления на растении по отношению к уровню субстрата и снегового покрова. Раункиер связал это с защитой почек в неблагоприятное время года.

1)фанерофиты - почки зимуют или переносят засушливый период «открыто», высоко над землей (деревья, кустарники, деревянистые Лианы, эпифиты).

-> они обычно защищены спец почечными чешуями, имеющими ряд приспособлений для сохранения конуса нарастания и молодых зачатков листьев, заключенных в них от потери влаги.

2)хамефиты - почки располагаются почти па уровне почвы или не выше 20-30 см над ней (кустарнички, полукустарнички, стелющиеся растения). В холодном и умер климате эти почки очень часто получают зимой дополнительную защиту, помимо собственных почечных чешуи: они зимуют под снегом.

3)криптофиты - 1) геофиты -почки находятся в земле на некоторой глубине (они подразделяются на корневищные, клубневые, луковичные),

2) гидрофиты- почки зимуют под водой.

4)гемикриптофиты - обычно травянистые растения; их почки возобновления нах-ся на уровне почвы или погружены очень неглубоко, в подстилку, образуемую листовым отпадом,- еще один дополнительный «покров» для почек. Среди гемикриптофитов Раункиер различает «иротогеиикриптофиты » с удлиненными побегами, ежегодно отмирающими до основания, где распол-ся почки возобновления, и розеточные гемикриптофиты , у которых укороченные побеги могут зимовать на уровне почвы целиком.

5)терофиты - особая группа; это однолетники, у которых все вегетативные части отмирают к концу сезона и зимующих почек не остается,- эти растения возобновляются на след год из семян, перезимовывающих или переживающих сухой период на почве или в почве.

По Серебрякову:

Использовав и обобщив предложенные в разное время класс-ции, он предложил называть жизненной формой своеобразный габитус – (хар-ная форма, внешний вид орг-ма) опргрупп растений, возникающий в рез-те роста и развития в опр усл-х – как выражение приспособленности к этим условиям.

Основа своей классификации - признак продолжительности жизни всего растения и его скелетных осей.

А. Древесные растения

1.Деревья

2.Кустарники

3.Кустарнички

Б. Полудревесные растения

1.Полукустарники

2.Полукустарнички

В. Наземные травы

1.Поликарпические травы (многолетние травы, цветут много раз)

2.Монокарпические травы (живут несколько лет, цветут один раз и отмирают)

Г. Водные травы

1.Земноводные травы

2.Плавающие и подводные травы

Жизненная форма дерева оказывается выр-ем приспособления кнаибблагоприятным для роста условиям.

Влесах влажных тропиков - больше всего видов деревьев (до 88% в амазонской области Бразилии), а в тундре и высокогорьях настоящих деревьев нет. В области таежных лесов деревья представлены всего несколькими видами. Не более 10–12% от общего числа видов составляют деревья и во флоре умеренной лесной зоны Европы .

По Кашкарову:

I. Плавающие формы.

1. Чисто водные:а) нектон; б) планктон; в) бентос.

2. Полуводные:

а) ныряющие; б) не ныряющие; в) лишь добывающие из воды пищу.

II. Роющие формы.

1.Абсолютные землерои (всю жизнь проводящие под землей).

2.Относительные землерои (выходящие на поверхность).

III. Наземные формы.

1. Не делающие нор: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие.

2. Делающие норы:а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие.

3. Животные скал.

IV. Древесные лазающие формы.

1.Не сходящие с деревьев.

2.Лишь лазающие по деревьям.

V. Воздушные формы.

1.Добывающие пищу в воздухе.

2.Выискивающие пищу с воздуха.

Во внешнем облике птиц в знач мере проявляются приуроченность их к опртипам местообитаний и характер передвижения при добывании пищи.

1) древесной растительности;

2) открытых пространств суши;

3) болот и отмелей;

4) водных пространств.

В каждой из данных групп выделяют специфические формы:

а) доб-щие пищу с помощью лазания (голуби, попугаи, дятловые, воробьиные)

б) добывающие пищу в полете (длиннокрылые, в лесах - совы, козодои, над водой - трубконосые);

в) кормящееся при передвижении по земле (на открытых пространствах - журавлиные, страусы; лесные - большинство куриных; на болотах и отмелях - некоторые воробьиные, фламинго);

г) добывающие пищу с помощью плавания и ныряния (гагары, веслоногие, гусиные, пингвины).

22.Основные среды жизни и их характеристика: наземно-воздушная и водная .

Наземно-воздушная - обитает большинство животных и растений.
Она хар-ся 7 основными абиотическими факторами:

1.Низкая плотность воздуха затрудняет поддерж формы тела и провоцирует образ-е опорной системы.

ПРИМЕР: 1.Водные растения не имеют механич тканей: они появляются только у наземных форм. 2.У животных обязательно имеется скелет: гидроскелет (у круглых червей), или наружный скелет (у насекомых), или внутренний (у млекопитающих).

Малая плотность среды облегчает передвижение животных. Многие наземные виды способны к полету .(птицы и насекомые, но есть и млекопит, амфибии и рептилии). Полет связан с поиском добычи или расселением. Обитатели суши разм-ся только на Земле, которая служит им опорой и местом прикрепления. В связи с активным полетом у таких организмов модифицированы передние конечности и развиты грудные мышцы .

2) Подвижность воздушных масс

*обеспечивает сущ-е аэропланктона. В его состав входит пыльца, семена и плоды растений, мелкие насекомые и паукообразные, споры грибов, бактерий и низших растений.

Эта экологгруппа орг-в адаптировалась благодаря большой отнSпов-ти крыльев, выростов, паутины, либо за счет очень мелких размеров.

* способ опыления растений ветром - анемофилия - хар-н для берез, елей, сосен, крапивы, злаков и осок.

*расселение с помощью ветра: тополя, березы, ясени, липы, одуванчики и др. Семена этих растений имеют парашютики (одуванчики) или крылышки (клен).

3) Низкое давление , норма=760 мм. Перепады давления, по ср-ю с водной средой обитания, очень малы; так, на h=5800 м оно составляет лишь половину своей нормальной величины.

=>почти все обитатели суши чувствительны к сильным перепадам давления, т. е. являются стенобио́нтами по отношению к этому фактору.

Верхняя граница жизни для большинства позвоночных -6000 м, т.кс высотой падает давление , а значит и уменьшается растворимость о в в крови. Для сохранения постоянной концентрации О 2 в крови частота дыхания должна увеличиваться. Однако, мы выдыхаем не только СО 2 , но и водяные пары, поэтому частое дыхание должно неизменно приводить к обезвоживанию орг-ма. Эта простая зависимость не хар-на только для редких видов организмов: птиц и некоторых беспозвоночных, клещей, пауков и ногохвостков.

4) Газовый состав отличается высоким содержанием О 2: оно более чем в 20 раз выше, чем в водной среде. Это позволяет животным иметь очень высокий уровень обмена веществ. Поэтому только на суше могла возникнуть гомойоте́рмность - способность поддерживать постоянную t тела за счет внутренней энергии. Благодаря гомойтермности птицы и млекопитающие могут сохранять жизненную активность в самых суровых условиях

5) Почва и рельеф очень важны, прежде всего, для растений.Для животных более важна структура почвы, нежели ее хим состав.

*Для копытных, совершающих длитмиграции по плотному грунту, адаптацией явл-ся уменьшение кол-ва пальцев и =>уменьшение Sпов-ти опоры.

*Для обитателей сыпучих песков хар-но увеличение Sпов-ти опоры (вееропалый геккон).

*Плотность грунта важна и для норных животных: луговых собачек, сурков, песчанок и других; у некоторых из них развиваются копательные конечности.

6) Значительный дефицит воды на суше провоцирует развитие разнообразных адаптаций, направленных на экономию воды в организме :

Развитие органов дыхания, способных поглощать О 2 из воздушной среды покровов (легкие, трахеи, легочные мешки)

Развитие водонепроницаемых покровов

Изм-е выделитсистемы и продуктов обмена (мочевины и мочевой кислоты)

Внутреннее оплодотворение.

Помимо обеспечения водой, осадки играют и экологическую роль.

*Снег знач уменьшает колебания t на глуб от 25 см. Глубокий снег защищает почки растений. Для тетеревов, рябчиков и тундряных куропаток сугробы -место ночевки, т.е при 20–30 o мороза на глубине 40 смtсохр-ся ~0 °С.

7) Температурный режим более изменчив, чем водной. ->многие обитатели суши эврибио́нтны к этому ф-ру, т. е. способны сущ-ть в широком диапазоне tи демонстрируют весьма различные способы терморегуляции.

Многие виды животных, обитающих в районах, где зимы снежные, осенью линяют, меняя цвет шерсти или перьев на белый. Возможно, такая сезонная линька птиц и зверей также является адаптацией - маскирующей окраской, что характерно для зайца-беляка, ласки, песца, тундряной куропатки и других. Однако, не все белые животные сезонно меняют окраску, что напоминает нам о неопр изм-ти и невозможности рассматривать все св-ва организма как полезные или вредные.

Водная . Вода покрывает 71% S земного или 1370 м3. Осн масса воды - в морях и океанах – 94-98%, в полярных льдах содержится около 1,2% воды и совсем малая доля – менее 0,5%, в пресных водах рек, озер и болот.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных и 10 000 растений, что составляет всего 7 и 8 % от общего числа видов Земли. Т.О на суше эволюция шла намного интенсивнее, чем в воде.

В морях-океанах, как в горах, выражена вертикальная зональность .

Всех обитателей водной среды можно разделить на три группы.

1) Планктон - бесчисленные скопления крошечных орг-мов, которые не могут самост двигаться и переносятся течениями в пов-ном слое морской воды.

Он состоит из раст и живорганизмов- веслоногие рачки, икра и личинки рыб и головоногих моллюсков, +одноклеточные водоросли.

2) Нектон - большое число орг-в свободно плавающих в толще мирового океана. Самые крупные из них - голубые киты и гигантская акула, питающиеся планктоном. Но есть среди обитателей толщи воды и опасные хищники.

3) Бентос - обитатели дна. Некоторые глубоководные обитатели лишены органов зрения, но больш-во может видеть и при тусклом свете. Многие обитатели ведут прикрепленный образ жизни.

Приспособления гидробионтов к высокой плотности воды:

У воды высокая плотность (в 800 раз >плотности воздуха) и вязкость.

1) У растений очень слабо развиты или отсутствуют механические ткани – им опора сама вода. Большинству свойственна плавучесть. Хар-но активное вегетативное размножение, развитие гидрохории – вынос цветоносов над водой и распространение пыльцы, семян и спор поверхностными течениями.

2)Тело имеет обтекаемую форму и смазано слизью, уменьшающей трение при передвижении. Развиты приспособления для повышения плавучести: скопления жира в тканях, плавательные пузыри у рыб.

У пассивно плавающих животных - выросты, шипы, придатки; тело уплощается, происходит редукция скелетных органов.

Разные способы передвижения: изгибание тела, с помощью жгутиков, ресничек, реактивный способ передвижения (головомоллюски).

У придонных животных исчезает или слабо развит скелет, увеличиваются размеры тела, обычна редукция зрения, развитие осязательных органов.

Приспособления гидробионтов к подвижности воды:

Подвижность обусловлена приливами и отливами, морскими течениями, штормами, разными уровнями высотных отметок русел рек.

1) В проточных водоемах растения и животные прочно прикрепляются к неподвижным подводным предметам . Донная поверхность для них в первую очередь – субстрат. Это зеленые и диатомовые водоросли, водяные мхи. Из животных - брюхоногие моллюски, усоногие раки +прячутся в щелях.

2) Разл формы тела. У рыб проточ вод тело в поперечнике круглое, а у рыб, обит-х у дна- тело плоское.

Приспособления гидробионтов к солености воды:

Природным водоемам свойствен определенный химсостав. (карбонаты, сульфаты, хлориды). В пресных водоемах концентрация солей не >0,5 г/, в морях – от 12 до 35 г/л (промилле). При солености более 40 промилле водоем называют гипергалинным или пересоленным.

1) *В пресной воде (гипотоническая среда) хорошо выражены процессы осморегуляции. Гидробионты вынуждены постоянно удалять проникающую в них воду, они гомойосмотичны .

*В соленой воде (изотоническая среда) конц-ция солей в телах и тканях гидробионтов одинакова с конц-цией солей, растворенных в воде – они пойкилоосмотичны . ->у обитателей соленых водоемов осморегуляторные функции не развиты, и они не смогли заселить пресные водоемы.

2) Водные растения способны поглощать воду и питательные вещества из воды – «бульона», всей поверхностью , поэтому у них сильно расчленены листья и слабо развиты проводящие ткани и корни. Корни служат для прикрепления к подводному субстрату.

Типично морские и типично пресноводные виды – стеногалинные, не переносят знач изменений в солености воды. Эвригалинных видов немного. Они обычны в солоноватых водах (щука, лещ, кефаль, приморские лососи).

Приспособление гидробионтов к составу газов в воде:

В воде О 2 - важнейший экологический фактор. Источник его – атм-ра и фотосинтезирующие растения.

При перемешивании воды и при уменьшении t содержание О 2 возрастает. *Некоторые рыбы очень чувствительны к дефициту О 2 (форель, гольян, хариус) и потому предпочитают холодные горные реки и ручьи.

*Другие рыбы (карась, сазан, плотва) неприхотливы к содержанию О 2 и могут жить на дне глубоких водоемов.

*Многие водяные насекомые, личинки комаров, легочные моллюски тоже толерантны к содержанию О 2 в воде, т.к они время от времени поднимаются к пове-ти и заглатывают свежий воздух.

Углекислого газа в воде достаточно – почти в 700 раз >, чем в воздухе. Он исп-ся в фотосинтезе растений и идет на формирование известковых скелетных образований животных (раковины моллюсков).

Грандиозные изобретения человеческого разума не перестают удивлять, фантазии нет предела. Но то, что много веков создавала природа, превосходит самые креативные идеи и замыслы. Природа создала более чем полтора миллиона видов живых особей, каждая из которых индивидуальна и неповторима в своих формах, физиологии, приспособленности к жизни. Примеры адаптации организмов к постоянно меняющимся условиям проживания на планете - это примеры мудрости создателя и постоянный источник задач для разгадывания биологам.

Что такое адаптация?

Адаптация означает приспособленность или привыкание. Это процесс постепенного перерождения физиологических, морфологических или психологических функций существа в условиях изменившейся среды обитания. Изменениям подвергаются как отдельные особи, так и целые популяции.

Яркий пример адаптации непосредственной и косвенной - выживание растительного и животного мира в зоне повышенной радиации вокруг Чернобыльской АЭС. Непосредственная приспособляемость свойственна тем особям, которые сумели выжить, привыкнуть и начать размножаться, некоторые не выдержали испытания и погибли (косвенная адаптация).

Так как условия существования на Земле меняются постоянно, процессы эволюции и приспособленности в живой природе также являются процессом непрерывным.

Свежий пример адаптации - изменение среды обитания колонии зеленых мексиканских попугаев аратингов. С недавних пор они изменили привычное место обитания и поселились в самом жерле вулкана Масая, в среде, постоянно пропитанной серным газом высокой концентрации. Ученые еще не дали объяснение этому феномену.

Виды адаптации

Изменение всей формы существования организма представляет собой функциональную адаптацию. Пример адаптации, когда изменение условий приводит к обоюдному приспосабливанию живых организмов друг к другу, представляет собой коррелятивное приспособление или коадаптацию.

Приспособление может быть пассивным, когда функции или строение субъекта происходят без его участия, или активным, когда он сознательно изменяет свои привычки под стать окружающей среде (примеры адаптации людей к природным условиям или социуму). Бывают случаи, когда субъект приспосабливает окружающую среду под свои потребности - это объективная адаптация.

Биологи разделяют виды адаптации по трем признакам:

• Морфологические.
• Физиологические.
• Поведенческие или психологические.

Примеры адаптации животных или растения в чистом виде редки, большинство случаев привыкания к новым условиям происходит в смешанных видах.

Морфологические адаптации: примеры

Морфологические изменения - это произошедшие в процессе эволюции изменения формы тела, отдельных органов или всего строения живого организма.

Ниже приведены морфологические адаптации, примеры из животного и растительного мира, которые мы рассматриваем как само собой разумеющееся явление:

• Перерождение листьев в колючки у кактусов и других растений засушливых регионов.
• Панцирь черепахи.
• Обтекаемые формы тела жителей водоемов.

Физиологические адаптации: примеры

Приспособление физиологическое - это изменение ряда химических процессов, происходящих внутри организма.

• Выделение цветами сильного запаха для привлечения насекомых способствует запылению.
• Состояние анабиоза, в которое способны входить простейшие организмы, позволяет им сохранять жизнедеятельность через многие годы. Старейшая способная к размножению бактерия имеет возраст 250 лет.
• Накопление подкожного жира, который преобразуется в воду, у верблюдов.

Поведенческие (психологические) адаптации

С психологическим фактором больше связаны примеры адаптации человека. Поведенческие характеристики свойственны флоре и фауне. Так, в процессе эволюции изменение температурного режима заставляет некоторых животных впадать в спячку, птиц - улетать на юг, чтобы возвратиться весной, деревья - сбрасывать листву и замедлять движение соков. Инстинкт выбора наиболее подходящего партнера для продолжения рода движет поведением животных в брачный период. Некоторые северные лягушки и черепахи полностью замерзают на зиму и оттаивают, оживают с наступлением тепла.

Факторы, вызывающие потребность в переменах

Любые процессы адаптации - это ответная реакция на факторы экологии, которые ведут к изменению окружающей среды. Такие факторы подразделяются на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы - это влияние живых организмов друг на друга, когда, к примеру, исчезает один вид, который служит пищей другому.

Абиотические факторы - это изменения в окружающей неживой природе, когда меняется климат, состав почвы, обеспеченность водой, циклы солнечной активности. Физиологические адаптации, примеры влияния абиотических факторов - экваториальные рыбы, которые могут дышать и в воде, и на суше. Они хорошо приспособились к условиям, когда пересыхание рек - частое явление.

Антропогенные факторы - влияние человеческой деятельности, которое изменяет окружающую среду.

Приспособления к среде обитания

• Освещенность . У растений - это отдельные группы, которые отличаются потребностью в солнечном освещении. На открытых пространствах хорошо живут светолюбивые гелиофиты. В противоположность им - сциофиты: растения лесных чащ, хорошо себя чувствуют в затененных местах. Среди животных также есть особи, чья физиологическая адаптация рассчитана на активный образ жизни в ночное время или под землей.
• Температура воздуха. В среднем для всего живого, в том числе и человека, оптимальной температурной средой считается диапазон от 0 до 50 о С. Однако жизнь есть практически во всех климатических регионах Земли.

Противоположные примеры адаптации к аномальным температурам описаны ниже.

Арктические рыбы не замерзают благодаря выработке в крови уникального антифризного белка, который не дает крови заледенеть.

Простейшие микроорганизмы обнаружены в гидротермальных источниках, температура воды в которых превышает градус кипения.

Растения-гидрофиты, то есть те, что живут в воде или около нее, погибают даже при незначительной потере влаги. Ксерофиты, наоборот, приспособлены жить в засушливых регионах, и погибают при большой влажности. Среди животных природа также поработала над адаптацией к водному и безводному окружению.

Адаптация человека

Способности человека к приспособлению поистине грандиозны. Секреты человеческого мышления раскрыты далеко не полностью, и тайны адаптивной способности людей еще долго будут загадочной темой для ученых. Превосходство Гомо сапиенса перед другими живыми существами - в способности сознательно менять свое поведение под требование окружающей среды или, наоборот, окружающий мир под свои потребности.

Гибкость поведения человека проявляется ежедневно. Если дать задание: «приведите примеры адаптации людей», большинство начинает вспоминать исключительные случаи выживания в экстремальных условиях. Это редкие случаи, а социальная адаптация в новых для себя обстоятельствах свойственна человеку ежедневно. Мы примеряем на себя новую обстановку в момент рождения на свет, в детском саду, школе, в коллективе, при переезде в другую страну. Именно это состояние принятия новых ощущений организмом называют стрессом. Стресс является психологическим фактором, но тем не менее под его воздействием меняются многие физиологические функции. В случае, когда человек принимает новую среду как положительную для себя, новое состояние становится привычным, а иначе стресс грозит стать затяжным и привести к ряду серьезных заболеваний.

Механизмы приспособления человека

Существуют три типа адаптации человека:

• Физиологическая . Самые простые примеры - акклиматизации и приспособленность к смене часовых поясов или суточного режима работы. В процессе эволюции сформировались различные типы людей, в зависимости от территориального места проживания. Арктический, высокогорный, континентальный, пустынный, экваториальный типы значительно разнятся физиологическими показателями.
• Психологическая адаптация. Это способность человека находить моменты понимания с людьми разных психотипов, в стране с иным уровнем менталитета. Человеку разумному свойственно менять свои устоявшиеся стереотипы под влиянием новой информации, особых случаев, стресса.
• Социальная адаптация. Тип привыкания, который свойственен только человеку.

Все адаптивные типы тесно связаны между собой, как привило, любая смена привычного существования вызывает в человеке потребность в социальной и психологической адаптации. Под их воздействием приходят в действие механизмы физиологических изменений, которые тоже подстраиваются под новые условия.

Такая мобилизация всех реакция организма названа адаптационным синдромом. Новые реакции организма появляются в ответ на резкие изменения обстановки. На первой стадии - тревоги - наблюдается изменение физиологических функций, изменения в работе обмена веществ и систем. Далее подключаются защитные функции и органы (в том числе мозг), начинают включать свои защитные функции и скрытые возможности. Третья стадия адаптации зависит от индивидуальных особенностей: человек или включается в новую жизнь и входит в обычное русло (в медицине в этот период наступает выздоровление), или же организм не принимает стресса, и последствия принимают уже негативную форму.

Феномены человеческого организма

В человеке заложен природой огромный запас прочности, который используется в повседневной жизни только в незначительном объеме. Проявляется он в экстремальных ситуациях и воспринимается как чудо. На самом же деле чудо заложено в нас самих. Пример адаптации: способность людей адаптироваться к нормальной жизни после удаления значительной части внутренних органов.

Природный врожденный иммунитет на протяжении жизни может укрепляться рядом факторов или же, наоборот, ослабевать при неправильном образе жизни. К сожалению, увлечение вредными привычками - это тоже отличие человека от других живых организмов.

Приспособления организмов к окружающей среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Известно два типа адаптации: генотипическая и фенотипическая.

По определению Большой медицинской энциклопедии (БМЭ): «…генотипическая адаптация возникает вследствие отбора клеток с определенным генотипом, обуславливающим выносливость». Это определение не безупречно, так как оно не отражает того, к какому виду нагрузок относится выносливость, так как в большинстве случаев, приобретая одни преимущества, живые организмы теряют другие. Если, например, растение хорошо переносит жаркий засушливый климат, то, скорее всего, оно будет плохо переносить холодный и влажный.

Что же касается фенотипической адаптации, то к настоящему времени нет строгого определения этого термина.

По определению БМЭ «… фенотипическая адаптация возникает как защитная реакция на действие повреждающего фактора».

По определению Ф.З. Меерсона «Фенотипическая адаптация - развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью…».

Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

Механизмы адаптации

Основные механизмы адаптации на уровне организма:

1) биохимические - проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические - например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо-анатомические - особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие - например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т.п.;

5) онтогенетические - ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Рассмотрим эти механизмы подробнее.

Биохимические механизмы. Животные, обитающие в прибрежной (литоральной) зоне моря, хорошо адаптированы к воздействиям неблагоприятных факторов окружающей среды и благодаря набору адаптаций способны выживать в условиях недостатка кислорода. В частности: у них развиты дополнительные механизмы потребления кислорода из окружающей среды; они способны поддерживать внутренние энергетические ресурсы организма, переключаясь на анаэробные метаболические пути; они снижают скорость своего общего метаболизма в ответ на действие низких концентраций кислорода в морской воде. Причем третий способ считается основным и одним из важнейших механизмов адаптации к недостатку кислорода для многих видов морских моллюсков. Во время периодических обсыханий, возникающих в результате приливно-отливных циклов, литоральные двустворчатые моллюски подвергаются воздействию краткосрочной аноксии и переключают свой метаболизм на анаэробный путь. Вследствие этого они считаются типичными факультативными анаэробными организмами. Известно, что интенсивность обмена у морских Bivalvia при аноксии снижается более чем в 18 раз. Снижая скорость метаболизма, гипоксия/аноксия в значительной степени влияет на ростовые и многие другие физиологические характеристики моллюсков.

В ходе эволюции морские двустворчатые моллюски выработали комплекс биохимических адаптаций, которые позволяют им переживать неблагоприятное воздействие краткосрочной аноксии. Вследствие прикрепленного образа жизни биохимические адаптации у двустворчатых моллюсков более разнообразны и выражены в большей степени, чем у свободноживущих организмов, у которых в первую очередь развиты поведенческие и физиологические механизмы, позволяющие избежать кратковременных неблагоприятных воздействий окружающей среды.

У морских моллюсков описано несколько механизмов регуляции уровня метаболизма. Одним из них является изменение скорости гликолитических реакций. Например, для Bivalvia характерно аллостерическое регулирование активности ферментов в условиях аноксии, в ходе которого метаболиты оказывают воздействие на специфические локусы ферментов. Одним из важных механизмов снижения скорости общего метаболизма служит обратимое фосфорилирование белков. Такие изменения в структуре белков вызывают значительные модификации в активности многих ферментов и функциональных белков, участвующих во всех процессах жизнедеятельности организма. Например, у Littorea littorea, как и у большинства моллюсков, устойчивых к аноксии, обратимое фосфорилирование некоторых ферментов гликолиза способствует перенаправлению потока углерода в анаэробный путь ферментативного метаболизма, а также подавлению скорости гликолитического пути.

Несмотря на то, что снижение скорости метаболизма является количественно выгодным механизмом, способствующим выживанию морских моллюсков в условиях аноксии, активация модифицированных путей метаболизма также играет важную роль в процессах адаптаций морских моллюсков к низким концентрациям кислорода в морской воде. В ходе данных реакций в значительной степени увеличивается выход АТФ и образуются некислотные и/или летучие конечные продукты, способствующие в свою очередь сохранению гомеостаза клетки в условиях аноксии.

Итак, биохимическая адаптация часто является крайним средством, к которому организм прибегает, когда у него нет поведенческих или физиологических способов избежать неблагоприятного воздействия среды.

Поскольку биохимическая адаптация - не легкий путь, часто организмам проще найти подходящую среду путем миграции, чем перестроить химизм клетки. В случае прикрепленных морских прибрежных двустворчатых моллюсков миграция к благоприятным условиям среды невозможна, поэтому у них хорошо развиты механизмы регуляции метаболизма, позволяющие им адаптироваться к постоянно изменяющейся прибрежной зоне моря, для которой характерны периодические осушения.

Физиологические механизмы. Тепловая адаптация обусловлена совокупностью специфических физиологических изменений. Главными из них являются усиление потоотделения, снижение температуры ядра и оболочки тела и уменьшение частоты сердечных сокращений при нагрузке по мере пребывания в условиях повышенной температуры (табл. 1).

Таблица 1. Адаптационные физиологические изменения у человека в условиях повышенной температуры окружающей среды

	Изменения
Потоотделение	Более быстрое начало потоотделения (при работе), т. е. снижение температурного порога потоотделения. Повышение скорости потоотделения
Кровь и кровообращение	Более равномерное распределение пота по поверхности тела. Снижение содержания солей в поте. Снижение ЧСС. Усиление кожного кровотока. Увеличение систолического объема. Увеличение объема циркулирующей крови. Снижение степени рабочей гемоконцентраций. Более быстрое перераспределение крови (в систему кожных сосудов). Приближение кровотока к поверхности тела и более эффективное его распределение по поверхности тела. Уменьшение падения чревного и почечного кровотоков (во время работы)
Терморегуляция	Снижение температуры ядра и оболочки тела в покое и при мышечной работе. Рост устойчивости организма к повышенной температуре тела
	Уменьшение отдышки

Морфо-анатомические механизмы. Так, известная всем белка обладает хорошей морфофункциональной приспособленностью, которая позволяет выжить в среде обитания. К приспособительным внешним признакам строения белки относятся следующие:

Острые загнутые когти, позволяющие хорошо цепляться, удерживаться и передвигаться по дереву;

Сильные и более длинные, чем передние, задние ноги, которые дают возможность делать белке большие прыжки;

Длинный и пушистый хвост, действующий как парашют в прыжках и согревающий ее в гнезде в холодное время года;

Острые, самозатачивающиеся зубы, что позволяет грызть твердую пищу;

Линька шерсти, которая помогает белке не замерзнуть зимой и чувствовать себя легче летом, а также обеспечивает смену маскировочной окраски.

Эти приспособительные особенности позволяют белке легко передвигаться по деревьям во всех направлениях, находить пищу и поедать ее, спасаться от врагов, делать гнездо и выращивать потомство, оставаться оседлым животным, несмотря на сезонные перепады температуры. Таким образом осуществляется взаимосвязь белки со средой обитания.

Поведенческие механизмы. Кроме примеров поисковой активности благоприятных мест обитания, научения, стратегии поведения в условиях угрозы (борьба, бегство, замирание), объединения в группы, постоянной мотивированности интересами выживания и продолжения рода, можно привести и другой яркий пример.

В естественных и экспериментальных условиях водной среды как морские, так и пресноводные виды рыб ориентируются с использованием элементов поведения. При этом происходит как пространственная, так и временная адаптация к различным факторам - температуре, освещенности, содержанию кислорода, скорости течения и др. Достаточно часто у рыб наблюдается феномен самопроизвольного выбора того или иного фактора среды, например, ориентация по градиенту температуры воды. Поведенческие механизмы ориентации рыб по отношению к температурному фактору среды часто аналогичны либо незначительно отличаются от реакции на другие факторы.

Онтогенетические механизмы. Системы онтогенетической адаптации - это фундамент, который обеспечивает выживание и успешное размножение достаточного числа особей в привычных для популяции условиях обитания. Их сохранение настолько важно для выживания видов, что в эволюции возникла целая группа генетических систем, которые призваны служить барьером, охраняющим системы онтогенетической адаптации от разрушительного воздействия тех эволюционных факторов, которые когда-то способствовали их формированию.

Различают следующие подвиды данного вида адаптации:

Генотипическая адаптация - отбор наследственно детерминированной (изменение генотипа) повышенной приспособленности к измененным условиям (спонтанный мутагенез);

Фенотипическая адаптация - при этом отборе изменчивость ограничена нормой реакции, определяемой стабильным генотипом.

У двукрылых, для которых благодаря наличию гигантских политенных хромосом слюнных желёз возможно выявление тонкой линейной структуры хромосом, часто обнаруживаются целые комплексы видов-близнецов, состоящие из нескольких, почти неразличимых морфологически, близкородственных видов. Для других зоологических видов, у которых нет политенных хромосом, столь тонкая цитологическая диагностика затруднена, но и для них на изолированных архипелагах часто можно наблюдать целые группы близкородственных видов, явно недавнего происхождения, сильно дивергировавших от общего материкового предка. Классическими примерами являются гавайские цветочницы, дарвиновы вьюрки на Галапагосских островах, ящерицы и улитки на Соломоновых островах и многие другие группы эндемических видов. Всё это указывает на возможность множественных актов видообразования, связанных с одиночными эпизодами колонизации, и на широкую адаптивную радиацию, запускающим механизмом которой послужила дестабилизация прежде устойчивого, хорошо интегрированного генома.

В процессе эволюции в результате естественного отбора и борьбы за существование возникают приспособления (адаптации) организмов к определенным условиям обитания. Сама эволюция является по существу непрерывным процессом образования адаптаций, происходящим по следующей схеме: интенсивность размножения -> борьба за существование -> избирательная гибель -> естественный отбор -> приспособленность.

Адаптации затрагивают разные стороны жизненных процессов организмов и поэтому могут быть нескольких типов.

Морфологические адаптации

Они связаны с изменением строения тела. Например, появление перепонок между пальцами ног у водоплавающих животных (амфибий, птиц и др.), густого шерстного покрова у северных млекопитающих, длинных ног и длинной шеи у болотных птиц, гибкого тела у норных хищников (например, у ласки) и т. п. У теплокровных животных при продвижении на север отмечается увеличение средних размеров тела (правило Бергмана), что уменьшает относительную поверхность и теплоотдачу. У придонных рыб формируется плоское тело (скаты, камбала и др.). У растений в северных широтах и высокогорных районах часты стелющиеся и подушковидные формы, меньше повреждаемые сильными ветрами и лучше согреваемые солнцем в припочвенном слое.

Покровительственная окраска

Покровительственная окраска очень важна для видов животных, не имеющих эффективных средств защиты от хищников. Благодаря ей животные становятся менее заметными на местности. Например, самки птиц, высиживающие яйца, почти не отличимы от фона местности. Яйца птиц также окрашены под цвет местности. Покровительственную окраску имеют донные рыбы, большинство насекомых и многие другие виды животных. На севере чаще встречается белая или светлая окраска, помогающая маскироваться на снегу (полярные медведи, полярные совы, песцы, детеныши ластоногих - бельки и др.). У ряда животных появилась окраска, образованная чередованием светлых и темных полос или пятен, делающая их менее заметными в кустарниках и густых зарослях (тигры, молодые кабаны, зебры, пятнистые олени и др.). Некоторые животные способны очень быстро менять окраску в зависимости от условий (хамелеоны, осьминоги, камбала и др.).

Маскировка

Суть маскировки в том, что форма тела и его окраска делают животных похожими на листья, сучки, ветви, кору или колючки растений. Часто встречается у насекомых, обитающих на растениях.

Предостерегающая или угрожающая окраска

Некоторые виды насекомых, имеющих ядовитые или пахучие железы, имеют яркую предостерегающую окраску. Поэтому хищники, однажды столкнувшиеся с ними, надолго запоминают эту окраску и больше не нападают на таких насекомых (например, осы, шмели, божьи коровки, колорадские жуки и ряд других).

Мимикрия

Мимикрия - это окраска и форма тела у безобидных животных, подражающие их ядовитым собратьям. Например, некоторые не ядовитые змеи похожи на ядовитых. Цикады и сверчки напоминают крупных муравьев. У некоторых бабочек на крыльях имеются крупные пятна, напоминающие глаза хищников.

Физиологические адаптации

Этот тип адаптаций связан с перестройкой обмена веществ у организмов. Например, появление теплокровности и терморегуляции у птиц и млекопитающих. В более простых случаях - это приспособление к определенным формам пищи, солевому составу среды, высоким или низким температурам, влажности или сухости почвы и воздуха и т. п.

Биохимические адаптации

Этот тип адаптаций связан с образованием определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на другие организмы. Сюда можно отнести яды змей, скорпионов, пауков и некоторых других животных, облегчающие им охоту; антибиотики грибов и бактерий, защищающие их от конкурентов; токсины растений, предохраняющие их от поедания; пахучие вещества клопов и некоторых других насекомых, отпугивающие врагов и т. п. Сюда же можно отнести образование ферментов, разрушающих ядохимикаты и лекарственные препараты, используемые человеком и приводящие к появлению устойчивых к этим веществам форм бактерий, грибов и других организмов. К биохимическим адаптациям относится и особая структура белков и липидов у термофильных (устойчивых к высоким температурам) и психрофильных (холодолюбивых), позволяющая организмам существовать в горячих источниках, вулканических почвах или в условиях вечной мерзлоты.

Поведенческие адаптации

Данный тип адаптаций связан с изменением поведения в тех или иных условиях. Например, забота о потомстве приводит к лучшему выживанию молодых животных и повышает устойчивость их популяций. В брачные периоды многие животные образуют отдельные семьи, а зимой объединяются в стаи, что облегчает их пропитание или защиту (волки, многие виды птиц).

Приспособления к периодическим факторам среды

Это адаптации к факторам среды, имеющим определенную периодичность в своем проявлении. К этому типу относятся суточные чередования периодов активности и отдыха, состояния частичного или полного анабиоза (сбрасывание листьев, зимние или летние диапаузы животных и др.), миграции животных, вызванные сезонными изменениями и т. п.

Приспособления к экстремальным условиям обитания

Растения и животные, обитающие в пустынях и полярных областях , также приобретают ряд специфических адаптаций. У кактусов листья преобразовались в колючки (уменьшение испарения и защита от выедания животными), а стебель превратился в фотосинтезирующий орган и резервуар . Пустынные растения имеют длинную корневую систему, позволяющие добывать воду с большой глубины. Пустынные ящерицы могут обходиться без воды, поедая насекомых и получая воду путем гидролиза их жиров. У северных животных кроме густого меха имеется также большой запас подкожных жиров, уменьшающий охлаждение тела.

Относительный характер адаптаций

Все приспособления целесообразны лишь для определенных условий, в которых они выработались. При изменении этих условий адаптации могут потерять свою ценность или даже принести вред имеющим их организмам. Белая окраска зайцев, хорошо защищающая их на снегу, становится опасной при малоснежных зимах или сильных оттепелях.

Относительный характер адаптаций хорошо доказывают и данные палеонтологии, свидетельствующие о вымирании больших групп животных и растений, не переживших изменение условий жизни.