Адаптация организмов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра геоэкологии  и природопользования

 

                                                                             Допустить к защите –

                                                                            «____» ________________2012 г.

                    Научный руководитель -

              канд. хим. наук, доц.

                   _________________ С.Н. Болотин

^{Подпись}

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ

 

 

 

Работу выполнила Щербакова Дария Владимировна      

^{Фамилия Имя Отчество}

Факультет географический          

Специальность  020800.62 – «Экология и природопользование»    

Нормоконтролер канд. биол. наук., доц.                                     Ю.А. Постарнак

                                                   ^{должность, учен. степень                       Подпись            Дата   Ф.И.О.}

 

 

 

 

 

 

Краснодар, 2012 
СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….3

1 Механизм возникновения адаптаций……………………………………4

2 Классификация адаптаций. Генетические пределы адаптаций………..7

3 Возможности адаптаций организмов к изменениям условий среды....16

4 Адаптации к экстремально высоким и низким температурам………..29

5 Экологическая валентность…………………………………………..…45

6 Пределы выносливости организмов……………………………………48

Заключение……………………………………………………………………...51

Список используемой литературы…………………………………………….53

ВВЕДЕНИЕ

Явления адаптации  в живой природе возникли со времени  появления живых объектов на Земле  и стали важнейшей теоретической  проблемой, в которой возникают  и требуют постоянного разрешения новые коллизию связанные как  с общей эволюцией Земли, так и с обострившимися проблемами, вызванными деятельностью человека [Матишов, 2005].

Способность к  адаптациям – одно из основных свойств  жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться [Чернова, 2004].

Известно, что  вопросами адаптации на ранних стадиях  развития науки занимались спонтанно, интуитивно древнегреческие ученные  Эмпедокл, Демокрит, Лукреций Кар и  ряд других ученых. Но по-настоящему к решению проблем адаптации организмов к условиям среды подошел  Жан Батист Ламарк в своей книге «Философия зоологии», вышедшей в 1808 году.

Основной целью  моей курсовой работы является рассмотрение адаптаций организмов к условиям окружающей среды. Задачи курсовой работы: рассмотрение механизмов возникновения адаптаций, их классификация, возможности адаптаций организмов к изменениям условий окружающей среды, рассмотреть адаптации организмов к экстремальным высоким и низким  температурам и пределы выносливости организмов.

1 Механизм возникновения адаптаций

Адаптация – приспособление организмов и видов к среде – фундаментальное свойство живой природы. Среда обитания любого живого существа, с одной стороны, медленно и неуклонно изменяется на протяжении жизни многих поколений соответствующего биологического вида, а с другой стороны, она предъявляет организму разнообразные требования, меняющиеся в короткие отрезки индивидуальной жизни [Николайкин, 2004].

В широком смысле слова под адаптацией понимается гармония организмов (в том числе  и популяций, видов) со средой обитания. В узком смысле под адаптацией понимают специальные свойства, способные обеспечить выживание и размножение организмов в конкретной среде. Из этого ясно, что адаптации являются относительными: адаптация к одним факторам среды не обязательно останется таковой в других условиях.

Для возникновения  адаптаций необходимо наличие элементарного  эволюционного материала – наследственной изменчивости – и элементарных эволюционных факторов, прежде всего отбора. Появление в популяции и биогеоценозе нового удачного фенотипа или особей – носителей удачных мутаций – еще нельзя рассматривать как адаптацию. Появление селективно ценного генотипа является элементарным адаптационным явлением. Так же как появление элементарного эволюционного явления – изменение генотипического состава популяции – еще не есть эволюционный процесс, так и появление элементарного адаптивного явления еще не означает возникновение адаптации. Об адаптации можно говорить лишь после возникновения специализированного признака у популяции к элементам среды. Достигается это при «подхвате» отбором элементарного адаптационного явления и стойком изменении генотипического состава популяции. В этом случае конкретные полезные уклонения отдельных особей превращаются в норму для популяции в целом.

При формировании адаптации происходит превращение случайного (элементарного адаптационного явления) в необходимое для популяции и вида формирование признаков и свойств. Случайные наследственные изменения в ходе эволюции направленно (и творчески) перерабатываются отбором для создания адаптаций.

Это положение  Ч. Дарвин подтвердил на многих примерах: формирование яркой окраски цветков  у насекомоопыляемых растений, удлинение  шеи жирафа, формирование млечных  желез млекопитающих. Так, говоря о  возникновении сходства насекомого с каким-либо предметом, он писал: «Если принять, что на долю одного из насекомых выпало некоторое сходство с сухим сучком или опавшим листом и что насекомые изменяются в разных направлениях, то, конечно, все те изменения, которые делают его более похожим на такой предмет и благоприятствуют его сокрытию, будут сохраняться, тогда как другие изменения…совсем исчезнут». Первоначальное приобретение насекомым случайного сходства с каким-либо неживым предметом вовсе «нельзя считать невероятным, принимая во внимание почти бесконечное количество окружающих предметов и разницу в форме и окраске существующих насекомых». Приспособления не возникают в готовом виде, а складываются в процессе многоступенчатого отбора удачных вариантов из множества изменившихся особей в чреде поколений [Яблоков, 2006].

В эволюционном смысле понятие «адаптация» должно относиться не столько к отдельной  особи, сколько к популяции и  виду. Изменения же в пределах отдельной  особи в ответ на те или иные изменения окружающей среды происходят в пределах унаследованной каждой особью нормой реакции. Это и изменение ориентации хлоропластов в клетке под влиянием света, и изменения интенсивности транспирации и дыхания растений в течение суток. С эволюционной точки зрения адаптацией во всех случаях будет способность организмов данного вида меняться в соответствии с действием внешнего фактора, то есть норма реакций данного признака или свойства. Конкретные же адаптивные проявления реакций в процессе отдельного онтогенеза иногда называются акклимациями, а групповые изменения в пределах нормы реакций вида, сходные у групп особей, – модификациями.

Совершенство  всякого приспособления определяется внешней средой, поэтому приспособление всегда относительно. Приспособление к одним условиям, к одному уровню организации, оно перестает быть таковым в других условиях, на других уровнях. Панцирь наземных черепах – надежная защита от многих врагов, но не эффективен против хищных птиц, которые поднимают черепах в воздух и сбрасывают на землю, разбивая панцирь.

В разных условиях степень совершенства  конкретных приспособлений всегда оказывается неодинаковой. В этом проявляется отсутствие «стремления» к совершенству, приписывающегося природе некоторыми ранними эволюционными гипотезами. Приспособление в конкретных условиях всегда достигает лишь той степени, которая достаточна сравнительно с приспособлениями конкурирующих форм. Относительность приспособлений выступает е только в пространстве, но и во времени; последнее доказывается фактами вымирания многочисленных органических форм в прошлые эпохи развития биосферы Земли [Яблоков, 2006].

 

 

2 КЛАССИФИКАЦИЯ АДАПТАЦИЙ

Адаптации – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов. Адаптации бывают морфологическими (морфо – форма), физиологическими (меняются физиологические процессы), поведенческими (запугивание, затаивание). Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор [Яблоков, 2006].

Многочисленны примеры физиологических (функциональных) адаптаций. Например, для растений известен комплекс физиолого-биохимических мутаций, приведших к выработке приспособлений, которые связаны с устранением недостатка кислорода: использование кислорода фотосинтеза, нитратов и органических кислот как дыхательного материала, переключение путей метаболизма. Разнообразны и физиологические механизмы приспособления растений и животных к недостатку воды или неблагоприятным температурам. Отбор во всех этих случаях способствовал выживанию и преимущественному размножению индивидуумов – носителей благоприятных мутаций в соответствующих условиях [Яблоков, 2006].

Разнообразные механизмы  физиологической адаптации к  неблагоприятным условиям выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные перед наступление сезона засухи, накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды.птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд после долго лишение воды резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы. Очень интересны приспособления развивающиеся у ныряющих животных. Многие из них могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода в легкие. Например, тюлени ныряют на глубину 100-200 и даже 600 метров и остаются под водой более чем на час. Им позволяет нырять на столь долгий срок прежде всего большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, – миоглобина. Миоглобин способен связать в 10 раз больше кислорода, чем гемоглобин, находящийся в эритроцитах. У многих организмов возникают и совершенствуются приспособления, облегчающие поиск пищи или партнера для размножения. Самцы непарного шелкопряда улавливают запах ароматической железы самки с расстояния 3 км. У некоторых бабочек чувствительность вкусовых рецепторов в 1000 раз превосходит чувствительность рецепторов человека. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если их температур составляет всего 0,2°С. Многие животные прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации: летучие мыши, совы, дельфины. Таким образом строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой признак или свойство носит приспособительный характер, целесообразен в данной среде и в данных жизненных условиях [Мантейфель, 1980].

Морфологические адаптации - это наличие таких особенностей внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях. Примером подобных адаптаций является выработанное в процессе длительной эволюции строение организмов, обитающих в воде. Это приспособления к скоростному плаванию у китообразных, к парению в воде у планктонных организмов. Растения, обитающие в пустыне, лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги [Денисов, 2002].

Поведенческие адаптации проявляются в самых различных формах. Примерами могут служить формы приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение нормального теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий, особенно в условиях экстремальных температур [Денисов, 2002].

С эволюционной точки зрения важно не простое  описание множества различных адаптаций, а классификация их по происхождению, принадлежности к разным аспектам среды, масштабу.

 

Пути  происхождения адаптаций.

По происхождению  различают преадаптивные, комбинативные и постадаптивные адаптации. В случае преадаптации потенциальные адаптационные явления возникают, опережая существующие условия. Мутационный процесс и скрещивание приводят к накоплению в популяциях скрытого (мобилизационного) резерва наследственной изменчивости. Часть его в будущем может быть использована для создания новых приспособлений.

При преадаптивном  пути возникновения адаптаций нередко  с успехом используются прежние  особенности организма, возникшие  в иных условиях. При этом некоторые  сложные приспособления могут возникать, как бы «опережая» условия, при которых эти особенности окажутся адаптациями. Например, наличие швов в черепе млекопитающих облегчает роды, хотя их возникновение не было связано с живорождением.

При возникновении  адаптаций комбинативным путем существенно взаимодействие новых мутаций друг с другом и с генотипом в целом. Эффект мутаций зависит от той генотипической среды, в состав который они в будущем войдут. Скрещивание особей дает разнообразное сочетание мутантного аллеля с другими аллелями того же и других генов. При этом может быть или усиление (комплиментация), или подавление (эпистаз) его выражения в фенотипе; кроме того, обычно мутантный аллель под действием многих генов проявляется градуировано (полимерия). Во всех случаях создается реальная возможность для быстрой смены одних адаптации другими. Комбинативный путь формирования адаптаций, видимо, распространенный в природе.

Постадаптивный  путь возникновения адаптаций связан с редукцией ранее развитого  признака и переводом определяющих его реализацию генов в рецессивное состояние (или использованием ранее существующего органа в других целях). При переводе генов, влияющих на развитие редуцируемых органов, в рецессивное состояние они включаются в скрытый резерв наследственной изменчивости. Эти гены сохраняются в генофонде популяций и время от времени могут проявляться фенотипически, например, атавизмы. В случае установления отбором положительной связи между такими генами и новыми условиями новых признаков и свойств.

При постадаптивном пути новые адаптации возникают посредством использования ранее существовавших структур в случае смены их функции. Так, висцеральный скелет у предков позвоночных состоял из жаберных дуг, представленных нерасчлененными кольцами и охватывавших передний конец пищеварительной трубки. Они служили как бы распоркой для пищеварительной трубки, препятствуя ее спаданию. Однако в ходе дальнейшей эволюции с усилением функции дыхания жаберные дуги становятся частью системы нагнетания жидкости. В дальнейшей эволюции жаберные дуги принимают на себя функции хватания и превращаются в челюсти.