Многие ритмические адаптации передаются
по наследству даже при перемещениях животных
из одной зоны в другую. В таких случаях
может быть нарушен весь жизненный цикл
организма. Например, страусы на Украине
могут откладывать яйца прямо на снег.
Механизмы приспособления к периодичности
процессов могут быть самыми неожиданными.
Например, у некоторых насекомых на фотопериодизме
основан своего рода контроль рождаемости.
Длинные дни в конце весны и начале лета
вызывают в ганглии нервной цепочки образование
нейрогормона, под влиянием которого появляются
покоящиеся яйца, дающие личинки только
следующей весной, сколь благоприятными
бы ни были кормовые и другие условия.
Таким образом, рост популяции сдерживается
еще до того, как запасы пищи станут лимитирующим
фактором.
Адаптация к факторам, повторяющимся
без строгой периодичности, формируется
гораздо сложнее. Тем не менее, чем более
характерен данный фактор для природы
(например, пожары, сильные бури, землетрясения),
тем больше конкретных механизмов адаптаций
находит для них жизнь. Например, в отличие
от длины дня количество осадков в пустыне
совершенно непредсказуемо, тем не менее,
некоторые однолетние растения пустыни
используют обычно этот факт в качестве
регулятора. Их семена содержат ингибитор
прорастания (ингибитор - вещество, тормозящее
процессы), который вымывается только
определенным количеством осадков, которого
будет достаточно для полного жизненного
цикла данного растения от прорастания
семени до созревания новых семян.
По отношению к лесным пожарам растения
также выработали специальные адаптации.
Многие виды растений вкладывают больше
энергии в подземные запасающие органы
и меньше - в органы размножения. Это так
называемы “восстанавливающиеся” виды.
“Гибнущие в зрелости” виды, наоборот,
дают многочисленные семена, готовые прорасти
сразу же после пожара. Некоторые из этих
семян десятилетиями лежат в лесной подстилке
не прорастая и не теряя всхожести.
Наиболее опасны для живых организмов
факторы неопределенного действия. Природные
системы обладают способностью хорошо
восстанавливаться после острых стрессов,
типа пожаров и бурь. Более того, многие
растения даже нуждаются в случайных стрессах,
для поддержания “жизненного тонуса”,
повышающего устойчивость существования.
Но малозаметные хронические нарушения,
особенно характерные для антропогенного
влияния на природу, дают слабые реакции,
поэтому их трудно отследить, а самое главное
трудно оценить их последствия. Поэтому
адаптации к ним формируются крайне медленно,
иногда, гораздо медленней, чем время накопления
последствий хронического стресса сверх
пределов, после которых экосистема разрушается.
Особенно опасны промышленные отходы,
содержащие новые химические вещества,
с которыми природа еще не сталкивалась.
Одним из опаснейших стрессоров является
тепловое загрязнение среды. Умеренное
повышение температуры может оказать
на жизнь положительное воздействие, но
после определенного предела начинают
проявляться стрессовые эффекты. Особенно
это заметно в водоемах, непосредственно
связанных с тепловыми электростанциями.
- Влияние абиотических
факторов на живые организмы.
В природе каждое поколение
любого вида подвергается отбору на выживаемость
и воспроизводство. Особи, которые выживают
и размножаются, передают свои гены следующему
поколению, а гены тех, что погибли, не
оставив потомства, отсеиваются из генофонда.
Таким образом, генофонд каждого вида
испытывает действие естественного отбора.
Поэтому почти все признаки организма
служат выживанию и воспроизводству.
Биологическая адаптация (лат.
adaptatio - приспособление) - это процесс приспособления
живых организмов, популяций или сообществ
к определённым условиям внешней среды
в процессе эволюции, включая морфофизиологическую
и поведенческую составляющие. Адаптация
может обеспечивать выживаемость в условиях
конкретного местообитания, устойчивость
к воздействию факторов абиотического
и биологического характера, а также успех
в конкуренции с другими видами, популяциями,
особями. Каждый вид имеет собственную
способность к адаптации, ограниченную
физиологией (индивидуальная адаптация),
пределами проявления материнского эффекта
и модификаций, эпигенетическим разнообразием,
внутривидовой изменчивостью, мутационными
возможностями, коадаптационными характеристиками
внутренних органов и другими видовыми
особенностями.
Адаптации видов в рамках одного
биоценоза зачастую тесно связаны друг
с другом (одним из наиболее поразительных
примеров межвидовой коадаптации является
жёсткая привязка строения органов некоторых
видов цветковых растений и насекомых
друг к другу с целью опыления и питания).
Если адаптационный процесс у какого-либо
вида не находится в равновесном состоянии,
то эволюционировать может весь биоценоз
(иногда — с негативными последствиями)
даже в стабильных условиях окружающей
среды.
Существуют следующие
виды адаптации:
1. Адаптация к климатическим
и другим абиотическим факторам
(чистая шерсть, перелёт птиц на
юг, зимняя спячка у медведей,
опадение листвы, холодостойкость
хвойных деревьев).
2. Адаптация к добыванию
пищи и воды (у жирафа - длинная
шея, чтобы есть листья с деревьев,
паук плетёт сеть, хищники - быстро
бегают, длинные корни растений
в пустыне).
3. Адаптация, направленная
на защиту от хищников и
устойчивость к заболеваниям
и паразитам (заяц - быстрый бег, ёж
- иглы, заяц - окраска, комочки у растений).
4. Адаптация, обеспечивающая
поиск и привлечение партнёра
у животных и опыление у
растений (яркое оперение, пение, запах,
яркий цвет у цветков).
5. Адаптация к миграциям
у животных и распространение
семян у растений (перелёт птиц,
стада лошадей, крылья у семян
для переноса ветром, колючки
у семян).
Выживание вида обеспечивается
его генетическим разнообразием и слабыми
колебаниями внешних условий. Если генофонд
очень разнообразен, даже при сильных
изменениях среды некоторые особи сумеют
выжить. При низком разнообразии генофонда,
наоборот, малейшее изменение среды может
привести к вымиранию вида, поскольку
генов, позволяющих особям противостоять
отрицательному воздействию не найдётся.
- Механизмы адаптации
живых организмов к среде обитания.
Поддержание устойчивого обмена
веществ при колебании условий внешней
среды невозможно без специальных адаптаций.
Типы адаптаций:
Пассивная адаптация – (по принципу
толерантности или выносливости) – подчинение
ухудшению внешних условий, жизнедеятельность
замедляется или прекращается, но сохраняется
способность восстановить экологическую
потенцию при возвращении благоприятных
условий. Пассивная адаптация присуща
растениям и низшим животным, это пойкилосмотические
или пойкилотермные животные.
Активная адаптация – (по принципу
резистентности или устойчивости) – при
изменении внешних условий внутренняя
среда живых организмов остается постоянной
– поддерживается гомеостаз внутренней
среды. Активная адаптация присуща млекопитающим,
птицам, это гомойосмотические или гомойотермные
животные.
Механизмы адаптации:
- морфологическая (структурная
организация организма в ответ на внешнее
воздействие);
- физиологическая адаптация
(функциональный ответ);
- этологические адаптации
(приспособительные формы поведения).
Примеры адаптации:
1) разные адаптации при
решении одной экологической
задачи: термоизоляция у медведей
и у песцов – густой мех,
у китов – подкожный жир.
2) Пассивная защита: высокая
плодовитость; покровительственная (пигментация
бабочек березовых пядениц на
закопченных деревьях) или отпугивающая
окраска, мимикрия (сходство беззащитного
и съедобного вида с представителями
несъедобного вида); твердые покровы
– защитные образования типа
панцирей;
3) Сложная адаптация:
- насекомоядные растения:
росянка, венерина мухоловка;
- развитие глаза как
органа зрения: у одноклеточных -
светочувствительное пятно с
пигментом; у планарии - чашевидные
углубления с родопсином; у членистоногих
– фасеточные глаза; у кальмаров,
осьминогов – глазной пузырь
с жидкостью и подвижным хрусталиком
- линзой (как у человека).
Пути происхождения
адаптаций.
1) Предадаптация – наличие
структур, которые возможно расширить.
Мутации и скрещивания приводят
к накоплению скрытого резерва наследственной
изменчивости. Нередко используются прежние
особенности организма, возникшие в иных
условиях. Например, наличие шва в черепе
млекопитающих облегчает роды.
Биологическая целесообразность:
Бактерии, устойчивые к антибиотикам,
не появляются в результате эволюции.
Среди обычных микроорганизмов изначально
присутствуют организмы, генетически
устойчивые к антибиотикам. У насекомых
есть формы, устойчивые к яду. У людей:
некоторые устойчивы к радиации. На Севере:
среди приезжих есть люди, лучше переносящие
неблагоприятные условия. У них есть сходные
с коренным населением гены.
2) Комбинативный путь
– взаимодействие новых мутаций
друг с другом и с генотипом
в целом. При этом может быть
усиление (комплиментация) или подавление
(эпистаз) его выражения в фенотипе.
3) Постадаптивный путь
– новые адаптации возникают
посредством использования ранее
существовавших структур в случае
смены их функций.
Температура.
Для естественных экосистем
нашей зоны температурный фактор наряду
со светообеспечением является определяющим
для всех жизненных процессов. Активность
популяций зависит от времени года и времени
суток, т.к. в каждый из этих периодов свои
температурные условия.
Особи многих видов не способны
поддерживать постоянную температуру
тела и в холодное время года или суток
снижают уровень жизненных процессов
вплоть до анабиоза. В первую очередь это
касается растений, микроорганизмов, грибов
и пойкилотермных (холоднокровных) животных.
Активность сохраняют только гомойотермные
( теплокровные) виды. Гетеротермные организмы,
находясь в неактивном состоянии, имеют
температуру тела не на много выше температуры
внешней среды; в активном состоянии -
достаточно высокую (медведи, ежи, летучие
мыши, суслики).
Терморегуляция гомойотермных
животных обеспечивается особым типом
обмена веществ, идущим с выделением в
организме животных тепла, наличием теплоизолирующих
покровов, размерами, физиологией и т.д.
Что же касается растений, то
они выработали в процессе эволюции ряд
свойств:
1. Холодостойкость – способность
переносить длительное время
низкие положительные температуры
(от ОоС до +5оС);
2. Зимостойкость – способность
многолетних видов переносить
комплекс зимних неблагоприятных
условий;
3. Морозостойкость – способность
переносить длительное время
отрицательные температуры;
4. Анабиоз – способность
переносить период длительного
недос-татка экологических факторов
в состоянии резкого снижения
обмена веществ;
5. Жаростойкость – способность
переносить высокие ( св. +38о…+40оС) температуры
без существенных нарушений обмена
веществ;
6. Эфемерность – сокращение
онтогенеза (до 2-6 мес.) у видов, произрастающих
в условиях короткого периода
благоприятных температурных условий.
7. Устойчивость к перепадам
температурных условий.
Тепловое загрязнение окружающей
среды приводит к сдвигу фенологических
фаз развития живых организмов или к аномальным
изменениям на определенных этапах онтогенеза.
В итоге ряд популяций не успевают или
не могут дать полноценное потомство,
некоторые не успевают подготовиться
к периоду неблагоприятных условий и погибают.
Глобальное потепление климата на + 0,5..1,5оС,
по мнению большинства специалистов, приведет
к катастрофическим последствиям для
биосферы.
Влажность.
Условия влагообеспечения в
нашей зоне достаточно благоприятны для
существования организмов. Большая часть
живых существ на 70-95% состоит из воды.
Вода нужна для всех биохимических и физиологических
процессов. Поэтому она так важна для биоценозов
всех экосистем.
Доступность влаги в разные
периоды года и суток различна. В процессе
эволюции живые организмы приспособились
регулировать уровень водопотребления
и поддерживать оптимальный состав внутренней
среды.
По отношению к водному режиму
выделяют следующие экологические группы
живых существ:
1. Гидробионты – обитатели
экосистем, весь жизненный цикл
которых проходит в воде;
2. Гигрофиты – растения
влажных мест обитания (калужница
болотная, купальница европейская, рогоз
широколистный);
3. Гигрофилы – животные,
обитающие в очень сырых частях
экосистем (моллюски, амфибии, комары,
мокрицы);
4. Мезофиты – растения
умеренно увлажненных мест обитания;
5. Ксерофиты – растения
сухих мест обитания (ковыли, полыни,
астрагалы);
6. Ксерофилы – обитатели
засушливых территорий, не переносящие
повышенную увлажненность (некоторые
виды пресмыкающихся, насекомых, пустынные
грызуны и млекопитающие).
7. Суккуленты – растения
наиболее засушливых местообитаний,
способные накапливать значительные
запасы влаги внутри стебля
или листьев (кактусы, алоэ, агава);
8. Склерофиты – растения
очень засушливых территорий, способные
выдерживать сильную обезвоженность
(верблюжья колючка обыкновенная,
саксаул, саксагыз);
9. Эфемеры и эфемероиды
- однолетние и многолетние травянистые
виды, имеющие укороченный цикл, совпадающий
с периодом достаточного увлажнения.
Влагопотребление растений
может быть охарактеризовано следующими
показателями:
1. Засухоустойчивость- способность
переносить пониженную атмосферную
и (или) почвенную засуху;
2. Влагоустойчивость - способность
переносить переувлажнения;
3. Коэффициент транспирации
- количество воды, расходуемое на
образование единицы сухой массы
(для капусты белокочанной 500-550, для
тыквы-800);